]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
MFV r351075: 10406 large_dnode changes broke zfs recv of legacy stream
[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/lock.h>
117 #include <sys/malloc.h>
118 #include <sys/mman.h>
119 #include <sys/msgbuf.h>
120 #include <sys/mutex.h>
121 #include <sys/proc.h>
122 #include <sys/rwlock.h>
123 #include <sys/sx.h>
124 #include <sys/vmem.h>
125 #include <sys/vmmeter.h>
126 #include <sys/sched.h>
127 #include <sys/sysctl.h>
128 #include <sys/_unrhdr.h>
129 #include <sys/smp.h>
130
131 #include <vm/vm.h>
132 #include <vm/vm_param.h>
133 #include <vm/vm_kern.h>
134 #include <vm/vm_page.h>
135 #include <vm/vm_map.h>
136 #include <vm/vm_object.h>
137 #include <vm/vm_extern.h>
138 #include <vm/vm_pageout.h>
139 #include <vm/vm_pager.h>
140 #include <vm/vm_phys.h>
141 #include <vm/vm_radix.h>
142 #include <vm/vm_reserv.h>
143 #include <vm/uma.h>
144
145 #include <machine/machdep.h>
146 #include <machine/md_var.h>
147 #include <machine/pcb.h>
148
149 #include <arm/include/physmem.h>
150
151 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
152 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
153 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
154 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
155
156 #define NUL0E           L0_ENTRIES
157 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
158 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
159
160 #if !defined(DIAGNOSTIC)
161 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
162 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
163 #else
164 #define PMAP_INLINE     extern inline
165 #endif
166 #else
167 #define PMAP_INLINE
168 #endif
169
170 /*
171  * These are configured by the mair_el1 register. This is set up in locore.S
172  */
173 #define DEVICE_MEMORY   0
174 #define UNCACHED_MEMORY 1
175 #define CACHED_MEMORY   2
176
177
178 #ifdef PV_STATS
179 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
180 #else
181 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
182 #endif
183
184 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
185 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
186
187 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
188
189 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
190                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
191
192 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
193         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
194         struct rwlock *_new_lock;                       \
195                                                         \
196         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
197         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
198                 if (*_lockp != NULL)                    \
199                         rw_wunlock(*_lockp);            \
200                 *_lockp = _new_lock;                    \
201                 rw_wlock(*_lockp);                      \
202         }                                               \
203 } while (0)
204
205 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
206                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
207
208 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
209         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
210                                                         \
211         if (*_lockp != NULL) {                          \
212                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
213                 *_lockp = NULL;                         \
214         }                                               \
215 } while (0)
216
217 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
218                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
219
220 /*
221  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
222  * If the ATTR_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise it is
223  * dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
224  *
225  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
226  * as a software managed bit.
227  */
228 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
229
230 struct pmap kernel_pmap_store;
231
232 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
233 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
234 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
235 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
236 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
237
238 /*
239  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
240  * Always map entire L2 block for simplicity.
241  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
242  */
243 static struct pmap_preinit_mapping {
244         vm_paddr_t      pa;
245         vm_offset_t     va;
246         vm_size_t       size;
247 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
248
249 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
250 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
251 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
252
253 /*
254  * Data for the pv entry allocation mechanism.
255  */
256 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
257 static struct mtx pv_chunks_mutex;
258 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
259 static struct md_page *pv_table;
260 static struct md_page pv_dummy;
261
262 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
263 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
264 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
265
266 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
267 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
268 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
269
270 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
271 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
272
273 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
274 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
275 static u_int physmap_idx;
276
277 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
278
279 static int superpages_enabled = 1;
280 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
281     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
282     "Are large page mappings enabled?");
283
284 /*
285  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
286  */
287 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
288 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
289
290 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
291 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
292 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
293 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
294 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
295 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
296                     vm_offset_t va);
297
298 static int pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
299 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
300 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
301 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
302     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
303 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
304 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
305     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
306 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
307     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
308 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
309     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
310 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
311     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
312 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
313     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
314
315 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
316                 struct rwlock **lockp);
317
318 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
319     struct spglist *free);
320 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
321 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
322
323 /*
324  * These load the old table data and store the new value.
325  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
326  * the same time as the CPU.
327  */
328 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
329 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
330 #define pmap_load(table)                (*table)
331 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
332 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
333 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
334 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
335
336 /********************/
337 /* Inline functions */
338 /********************/
339
340 static __inline void
341 pagecopy(void *s, void *d)
342 {
343
344         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
345 }
346
347 static __inline pd_entry_t *
348 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
349 {
350
351         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
352 }
353
354 static __inline pd_entry_t *
355 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
356 {
357         pd_entry_t *l1;
358
359         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
360         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
361 }
362
363 static __inline pd_entry_t *
364 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
365 {
366         pd_entry_t *l0;
367
368         l0 = pmap_l0(pmap, va);
369         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
370                 return (NULL);
371
372         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
373 }
374
375 static __inline pd_entry_t *
376 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
377 {
378         pd_entry_t *l2;
379
380         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
381         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
382 }
383
384 static __inline pd_entry_t *
385 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
386 {
387         pd_entry_t *l1;
388
389         l1 = pmap_l1(pmap, va);
390         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
391                 return (NULL);
392
393         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
394 }
395
396 static __inline pt_entry_t *
397 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
398 {
399         pt_entry_t *l3;
400
401         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
402         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
403 }
404
405 /*
406  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
407  * The next level may or may not point to a valid page or block.
408  */
409 static __inline pd_entry_t *
410 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
411 {
412         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
413
414         l0 = pmap_l0(pmap, va);
415         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
416         if (desc != L0_TABLE) {
417                 *level = -1;
418                 return (NULL);
419         }
420
421         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
422         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
423         if (desc != L1_TABLE) {
424                 *level = 0;
425                 return (l0);
426         }
427
428         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
429         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
430         if (desc != L2_TABLE) {
431                 *level = 1;
432                 return (l1);
433         }
434
435         *level = 2;
436         return (l2);
437 }
438
439 /*
440  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
441  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
442  * the first invalid level.
443  */
444 static __inline pt_entry_t *
445 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
446 {
447         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
448         pt_entry_t *l3;
449
450         l1 = pmap_l1(pmap, va);
451         if (l1 == NULL) {
452                 *level = 0;
453                 return (NULL);
454         }
455         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
456         if (desc == L1_BLOCK) {
457                 *level = 1;
458                 return (l1);
459         }
460
461         if (desc != L1_TABLE) {
462                 *level = 1;
463                 return (NULL);
464         }
465
466         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
467         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
468         if (desc == L2_BLOCK) {
469                 *level = 2;
470                 return (l2);
471         }
472
473         if (desc != L2_TABLE) {
474                 *level = 2;
475                 return (NULL);
476         }
477
478         *level = 3;
479         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
480         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
481                 return (NULL);
482
483         return (l3);
484 }
485
486 bool
487 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
488 {
489
490         return (superpages_enabled != 0);
491 }
492
493 bool
494 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
495     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
496 {
497         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
498
499         if (pmap->pm_l0 == NULL)
500                 return (false);
501
502         l0p = pmap_l0(pmap, va);
503         *l0 = l0p;
504
505         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
506                 return (false);
507
508         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
509         *l1 = l1p;
510
511         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
512                 *l2 = NULL;
513                 *l3 = NULL;
514                 return (true);
515         }
516
517         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
518                 return (false);
519
520         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
521         *l2 = l2p;
522
523         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
524                 *l3 = NULL;
525                 return (true);
526         }
527
528         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
529                 return (false);
530
531         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
532
533         return (true);
534 }
535
536 static __inline int
537 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
538 {
539
540         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
541 }
542
543
544 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
545
546 /*
547  * Checks if the PTE is dirty.
548  */
549 static inline int
550 pmap_pte_dirty(pt_entry_t pte)
551 {
552
553         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
554         KASSERT((pte & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
555             ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
556
557         return ((pte & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
558             (ATTR_AP(ATTR_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
559 }
560
561 static __inline void
562 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
563 {
564
565         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
566         pmap->pm_stats.resident_count += count;
567 }
568
569 static __inline void
570 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
571 {
572
573         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
574         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
575             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
576             pmap->pm_stats.resident_count, count));
577         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
578 }
579
580 static pt_entry_t *
581 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
582     u_int *l2_slot)
583 {
584         pt_entry_t *l2;
585         pd_entry_t *l1;
586
587         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
588         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
589
590         /* Check locore has used a table L1 map */
591         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
592            ("Invalid bootstrap L1 table"));
593         /* Find the address of the L2 table */
594         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
595         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
596
597         return (l2);
598 }
599
600 static vm_paddr_t
601 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
602 {
603         u_int l1_slot, l2_slot;
604         pt_entry_t *l2;
605
606         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
607
608         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
609 }
610
611 static vm_offset_t
612 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
613     vm_offset_t freemempos)
614 {
615         pt_entry_t *l2;
616         vm_offset_t va;
617         vm_paddr_t l2_pa, pa;
618         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
619         int i;
620
621         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
622         dmap_phys_max = 0;
623         dmap_max_addr = 0;
624         l2 = NULL;
625         prev_l1_slot = -1;
626
627 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
628         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
629
630         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
631                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
632                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
633
634                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
635                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
636                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
637                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
638                                 prev_l1_slot = l1_slot;
639                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
640                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
641                                     (vm_offset_t)l2);
642                                 freemempos += PAGE_SIZE;
643
644                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
645                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
646
647                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
648                         }
649                         KASSERT(l2 != NULL,
650                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
651                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
652                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
653                                 /*
654                                  * We are on a boundary, stop to
655                                  * create a level 1 block
656                                  */
657                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
658                                         break;
659
660                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
661                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
662                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
663                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
664                                     ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
665                         }
666                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
667                             ("..."));
668                 }
669
670                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
671                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
672                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
673                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
674                         pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
675                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
676                             ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L1_BLOCK);
677                 }
678
679                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
680                 if (pa < physmap[i + 1]) {
681                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
682                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
683                                 prev_l1_slot = l1_slot;
684                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
685                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
686                                     (vm_offset_t)l2);
687                                 freemempos += PAGE_SIZE;
688
689                                 pmap_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
690                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
691
692                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
693                         }
694                         KASSERT(l2 != NULL,
695                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
696                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
697                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
698                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
699                                 pmap_store(&l2[l2_slot],
700                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
701                                     ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
702                         }
703                 }
704
705                 if (pa > dmap_phys_max) {
706                         dmap_phys_max = pa;
707                         dmap_max_addr = va;
708                 }
709         }
710
711         cpu_tlb_flushID();
712
713         return (freemempos);
714 }
715
716 static vm_offset_t
717 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
718 {
719         vm_offset_t l2pt;
720         vm_paddr_t pa;
721         pd_entry_t *l1;
722         u_int l1_slot;
723
724         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
725
726         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
727         l1_slot = pmap_l1_index(va);
728         l2pt = l2_start;
729
730         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
731                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
732
733                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
734                 pmap_store(&l1[l1_slot],
735                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
736                 l2pt += PAGE_SIZE;
737         }
738
739         /* Clean the L2 page table */
740         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
741
742         return l2pt;
743 }
744
745 static vm_offset_t
746 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
747 {
748         vm_offset_t l3pt;
749         vm_paddr_t pa;
750         pd_entry_t *l2;
751         u_int l2_slot;
752
753         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
754
755         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
756         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
757         l2_slot = pmap_l2_index(va);
758         l3pt = l3_start;
759
760         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
761                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
762
763                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
764                 pmap_store(&l2[l2_slot],
765                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L2_TABLE);
766                 l3pt += PAGE_SIZE;
767         }
768
769         /* Clean the L2 page table */
770         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
771
772         return l3pt;
773 }
774
775 /*
776  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
777  */
778 void
779 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
780     vm_size_t kernlen)
781 {
782         u_int l1_slot, l2_slot;
783         pt_entry_t *l2;
784         vm_offset_t va, freemempos;
785         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
786         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
787         uint64_t kern_delta;
788         int i;
789
790         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
791
792         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
793         printf("%lx\n", l1pt);
794         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
795
796         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
797         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
798         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
799
800         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
801         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
802
803         physmap_idx = arm_physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
804         physmap_idx /= 2;
805
806         /*
807          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
808          * but may contain empty ranges.
809          */
810         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
811                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
812                         continue;
813                 if (physmap[i] <= min_pa)
814                         min_pa = physmap[i];
815         }
816
817         freemempos = KERNBASE + kernlen;
818         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
819
820         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
821         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
822
823         va = KERNBASE;
824         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
825
826         /*
827          * Read the page table to find out what is already mapped.
828          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
829          * using a single L1 entry.
830          */
831         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
832
833         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
834         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
835
836         /* Find how many pages we have mapped */
837         for (; l2_slot < Ln_ENTRIES; l2_slot++) {
838                 if ((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == 0)
839                         break;
840
841                 /* Check locore used L2 blocks */
842                 KASSERT((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
843                     ("Invalid bootstrap L2 table"));
844                 KASSERT((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) == pa,
845                     ("Incorrect PA in L2 table"));
846
847                 va += L2_SIZE;
848                 pa += L2_SIZE;
849         }
850
851         va = roundup2(va, L1_SIZE);
852
853         /* Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS */
854         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, va, freemempos);
855         /* And the l3 tables for the early devmap */
856         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
857             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
858
859         cpu_tlb_flushID();
860
861 #define alloc_pages(var, np)                                            \
862         (var) = freemempos;                                             \
863         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
864         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
865
866         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
867         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
868         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
869
870         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
871         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
872         msgbufp = (void *)msgbufpv;
873
874         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
875         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
876
877         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
878         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
879         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
880         kernel_vm_end = virtual_avail;
881
882         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
883
884         arm_physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
885
886         cpu_tlb_flushID();
887 }
888
889 /*
890  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
891  */
892 void
893 pmap_page_init(vm_page_t m)
894 {
895
896         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
897         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
898 }
899
900 /*
901  *      Initialize the pmap module.
902  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
903  *      system needs to map virtual memory.
904  */
905 void
906 pmap_init(void)
907 {
908         vm_size_t s;
909         int i, pv_npg;
910
911         /*
912          * Are large page mappings enabled?
913          */
914         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
915         if (superpages_enabled) {
916                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
917                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
918                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
919         }
920
921         /*
922          * Initialize the pv chunk list mutex.
923          */
924         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
925
926         /*
927          * Initialize the pool of pv list locks.
928          */
929         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
930                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
931
932         /*
933          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
934          */
935         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
936
937         /*
938          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
939          */
940         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
941         s = round_page(s);
942         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
943         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
944                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
945         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
946
947         vm_initialized = 1;
948 }
949
950 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD, 0,
951     "2MB page mapping counters");
952
953 static u_long pmap_l2_demotions;
954 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
955     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
956
957 static u_long pmap_l2_mappings;
958 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
959     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
960
961 static u_long pmap_l2_p_failures;
962 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
963     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
964
965 static u_long pmap_l2_promotions;
966 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
967     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
968
969 /*
970  * Invalidate a single TLB entry.
971  */
972 static __inline void
973 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
974 {
975
976         sched_pin();
977         __asm __volatile(
978             "dsb  ishst         \n"
979             "tlbi vaae1is, %0   \n"
980             "dsb  ish           \n"
981             "isb                \n"
982             : : "r"(va >> PAGE_SHIFT));
983         sched_unpin();
984 }
985
986 static __inline void
987 pmap_invalidate_range_nopin(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
988 {
989         vm_offset_t addr;
990
991         dsb(ishst);
992         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
993                 __asm __volatile(
994                     "tlbi vaae1is, %0" : : "r"(addr >> PAGE_SHIFT));
995         }
996         __asm __volatile(
997             "dsb  ish   \n"
998             "isb        \n");
999 }
1000
1001 static __inline void
1002 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1003 {
1004
1005         sched_pin();
1006         pmap_invalidate_range_nopin(pmap, sva, eva);
1007         sched_unpin();
1008 }
1009
1010 static __inline void
1011 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1012 {
1013
1014         sched_pin();
1015         __asm __volatile(
1016             "dsb  ishst         \n"
1017             "tlbi vmalle1is     \n"
1018             "dsb  ish           \n"
1019             "isb                \n");
1020         sched_unpin();
1021 }
1022
1023 /*
1024  *      Routine:        pmap_extract
1025  *      Function:
1026  *              Extract the physical page address associated
1027  *              with the given map/virtual_address pair.
1028  */
1029 vm_paddr_t
1030 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1031 {
1032         pt_entry_t *pte, tpte;
1033         vm_paddr_t pa;
1034         int lvl;
1035
1036         pa = 0;
1037         PMAP_LOCK(pmap);
1038         /*
1039          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1040          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1041          */
1042         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1043         if (pte != NULL) {
1044                 tpte = pmap_load(pte);
1045                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1046                 switch(lvl) {
1047                 case 1:
1048                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1049                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1050                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1051                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1052                         break;
1053                 case 2:
1054                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1055                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1056                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1057                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1058                         break;
1059                 case 3:
1060                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1061                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1062                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1063                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1064                         break;
1065                 }
1066         }
1067         PMAP_UNLOCK(pmap);
1068         return (pa);
1069 }
1070
1071 /*
1072  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1073  *      Function:
1074  *              Atomically extract and hold the physical page
1075  *              with the given pmap and virtual address pair
1076  *              if that mapping permits the given protection.
1077  */
1078 vm_page_t
1079 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1080 {
1081         pt_entry_t *pte, tpte;
1082         vm_offset_t off;
1083         vm_paddr_t pa;
1084         vm_page_t m;
1085         int lvl;
1086
1087         pa = 0;
1088         m = NULL;
1089         PMAP_LOCK(pmap);
1090 retry:
1091         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1092         if (pte != NULL) {
1093                 tpte = pmap_load(pte);
1094
1095                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1096                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1097                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1098                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1099                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1100                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1101                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1102                 if (((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ||
1103                     ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1104                         switch(lvl) {
1105                         case 1:
1106                                 off = va & L1_OFFSET;
1107                                 break;
1108                         case 2:
1109                                 off = va & L2_OFFSET;
1110                                 break;
1111                         case 3:
1112                         default:
1113                                 off = 0;
1114                         }
1115                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap,
1116                             (tpte & ~ATTR_MASK) | off, &pa))
1117                                 goto retry;
1118                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1119                         vm_page_wire(m);
1120                 }
1121         }
1122         PA_UNLOCK_COND(pa);
1123         PMAP_UNLOCK(pmap);
1124         return (m);
1125 }
1126
1127 vm_paddr_t
1128 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1129 {
1130         pt_entry_t *pte, tpte;
1131
1132         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1133                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1134         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1135         if (pte == NULL)
1136                 return (0);
1137
1138         /*
1139          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1140          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1141          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1142          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1143          */
1144         tpte = pmap_load(pte);
1145         if (tpte == 0)
1146                 return (0);
1147         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1148                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET));
1149         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1150         tpte = pmap_load(pte);
1151         if (tpte == 0)
1152                 return (0);
1153         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK)
1154                 return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET));
1155         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1156         tpte = pmap_load(pte);
1157         if (tpte == 0)
1158                 return (0);
1159         return ((tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET));
1160 }
1161
1162 /***************************************************
1163  * Low level mapping routines.....
1164  ***************************************************/
1165
1166 void
1167 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1168 {
1169         pd_entry_t *pde;
1170         pt_entry_t *pte, attr;
1171         vm_offset_t va;
1172         int lvl;
1173
1174         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1175            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1176         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1177            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1178         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1179             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1180
1181         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(mode) | L3_PAGE;
1182         if (mode == DEVICE_MEMORY)
1183                 attr |= ATTR_XN;
1184
1185         va = sva;
1186         while (size != 0) {
1187                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1188                 KASSERT(pde != NULL,
1189                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1190                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1191
1192                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1193                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1194
1195                 va += PAGE_SIZE;
1196                 pa += PAGE_SIZE;
1197                 size -= PAGE_SIZE;
1198         }
1199         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1200 }
1201
1202 void
1203 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1204 {
1205
1206         pmap_kenter(sva, size, pa, DEVICE_MEMORY);
1207 }
1208
1209 /*
1210  * Remove a page from the kernel pagetables.
1211  */
1212 PMAP_INLINE void
1213 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1214 {
1215         pt_entry_t *pte;
1216         int lvl;
1217
1218         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1219         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1220         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1221
1222         pmap_clear(pte);
1223         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1224 }
1225
1226 void
1227 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1228 {
1229         pt_entry_t *pte;
1230         vm_offset_t va;
1231         int lvl;
1232
1233         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1234            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1235         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1236             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1237
1238         va = sva;
1239         while (size != 0) {
1240                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1241                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1242                 KASSERT(lvl == 3,
1243                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1244                 pmap_clear(pte);
1245
1246                 va += PAGE_SIZE;
1247                 size -= PAGE_SIZE;
1248         }
1249         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1250 }
1251
1252 /*
1253  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1254  *      virtual address space.
1255  *
1256  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1257  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1258  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1259  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1260  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1261  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1262  *      region.
1263  */
1264 vm_offset_t
1265 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1266 {
1267         return PHYS_TO_DMAP(start);
1268 }
1269
1270
1271 /*
1272  * Add a list of wired pages to the kva
1273  * this routine is only used for temporary
1274  * kernel mappings that do not need to have
1275  * page modification or references recorded.
1276  * Note that old mappings are simply written
1277  * over.  The page *must* be wired.
1278  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1279  */
1280 void
1281 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1282 {
1283         pd_entry_t *pde;
1284         pt_entry_t *pte, pa;
1285         vm_offset_t va;
1286         vm_page_t m;
1287         int i, lvl;
1288
1289         va = sva;
1290         for (i = 0; i < count; i++) {
1291                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1292                 KASSERT(pde != NULL,
1293                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1294                 KASSERT(lvl == 2,
1295                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1296
1297                 m = ma[i];
1298                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT | ATTR_AP(ATTR_AP_RW) |
1299                     ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1300                 if (m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
1301                         pa |= ATTR_XN;
1302                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1303                 pmap_load_store(pte, pa);
1304
1305                 va += L3_SIZE;
1306         }
1307         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1308 }
1309
1310 /*
1311  * This routine tears out page mappings from the
1312  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1313  */
1314 void
1315 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1316 {
1317         pt_entry_t *pte;
1318         vm_offset_t va;
1319         int lvl;
1320
1321         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1322
1323         va = sva;
1324         while (count-- > 0) {
1325                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1326                 KASSERT(lvl == 3,
1327                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1328                 if (pte != NULL) {
1329                         pmap_clear(pte);
1330                 }
1331
1332                 va += PAGE_SIZE;
1333         }
1334         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1335 }
1336
1337 /***************************************************
1338  * Page table page management routines.....
1339  ***************************************************/
1340 /*
1341  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1342  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1343  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1344  */
1345 static __inline void
1346 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1347     boolean_t set_PG_ZERO)
1348 {
1349
1350         if (set_PG_ZERO)
1351                 m->flags |= PG_ZERO;
1352         else
1353                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1354         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1355 }
1356
1357 /*
1358  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1359  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1360  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1361  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1362  */
1363 static inline boolean_t
1364 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1365 {
1366
1367         --m->wire_count;
1368         if (m->wire_count == 0) {
1369                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1370                 return (TRUE);
1371         } else
1372                 return (FALSE);
1373 }
1374
1375 static void
1376 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1377 {
1378
1379         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1380         /*
1381          * unmap the page table page
1382          */
1383         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1384                 /* l1 page */
1385                 pd_entry_t *l0;
1386
1387                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1388                 pmap_clear(l0);
1389         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1390                 /* l2 page */
1391                 pd_entry_t *l1;
1392
1393                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1394                 pmap_clear(l1);
1395         } else {
1396                 /* l3 page */
1397                 pd_entry_t *l2;
1398
1399                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1400                 pmap_clear(l2);
1401         }
1402         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1403         if (m->pindex < NUL2E) {
1404                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1405                 pd_entry_t *l1, tl1;
1406                 vm_page_t l2pg;
1407
1408                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1409                 tl1 = pmap_load(l1);
1410                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1411                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1412         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1413                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1414                 pd_entry_t *l0, tl0;
1415                 vm_page_t l1pg;
1416
1417                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1418                 tl0 = pmap_load(l0);
1419                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1420                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1421         }
1422         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1423
1424         /*
1425          * Put page on a list so that it is released after
1426          * *ALL* TLB shootdown is done
1427          */
1428         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1429 }
1430
1431 /*
1432  * After removing a page table entry, this routine is used to
1433  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1434  */
1435 static int
1436 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1437     struct spglist *free)
1438 {
1439         vm_page_t mpte;
1440
1441         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1442                 return (0);
1443         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1444         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1445         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1446 }
1447
1448 void
1449 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1450 {
1451
1452         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1453         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1454         pmap->pm_l0 = kernel_pmap->pm_l0;
1455         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1456 }
1457
1458 int
1459 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1460 {
1461         vm_paddr_t l0phys;
1462         vm_page_t l0pt;
1463
1464         /*
1465          * allocate the l0 page
1466          */
1467         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1468             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1469                 vm_wait(NULL);
1470
1471         l0phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1472         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l0phys);
1473
1474         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1475                 pagezero(pmap->pm_l0);
1476
1477         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1478         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1479
1480         return (1);
1481 }
1482
1483 /*
1484  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1485  *
1486  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1487  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1488  *
1489  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1490  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1491  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1492  * race conditions.
1493  */
1494 static vm_page_t
1495 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1496 {
1497         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1498
1499         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1500
1501         /*
1502          * Allocate a page table page.
1503          */
1504         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1505             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1506                 if (lockp != NULL) {
1507                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1508                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1509                         vm_wait(NULL);
1510                         PMAP_LOCK(pmap);
1511                 }
1512
1513                 /*
1514                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1515                  * page may have been allocated.
1516                  */
1517                 return (NULL);
1518         }
1519         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1520                 pmap_zero_page(m);
1521
1522         /*
1523          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
1524          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
1525          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
1526          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
1527          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
1528          * PTE within "m".
1529          */
1530         dmb(ishst);
1531
1532         /*
1533          * Map the pagetable page into the process address space, if
1534          * it isn't already there.
1535          */
1536
1537         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1538                 pd_entry_t *l0;
1539                 vm_pindex_t l0index;
1540
1541                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1542                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1543                 pmap_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1544         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1545                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1546                 pd_entry_t *l0, *l1;
1547                 pd_entry_t tl0;
1548
1549                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1550                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1551
1552                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1553                 tl0 = pmap_load(l0);
1554                 if (tl0 == 0) {
1555                         /* recurse for allocating page dir */
1556                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1557                             lockp) == NULL) {
1558                                 vm_page_unwire_noq(m);
1559                                 vm_page_free_zero(m);
1560                                 return (NULL);
1561                         }
1562                 } else {
1563                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1564                         l1pg->wire_count++;
1565                 }
1566
1567                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1568                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1569                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1570         } else {
1571                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1572                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1573                 pd_entry_t tl0, tl1;
1574
1575                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1576                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1577
1578                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1579                 tl0 = pmap_load(l0);
1580                 if (tl0 == 0) {
1581                         /* recurse for allocating page dir */
1582                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1583                             lockp) == NULL) {
1584                                 vm_page_unwire_noq(m);
1585                                 vm_page_free_zero(m);
1586                                 return (NULL);
1587                         }
1588                         tl0 = pmap_load(l0);
1589                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1590                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1591                 } else {
1592                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1593                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1594                         tl1 = pmap_load(l1);
1595                         if (tl1 == 0) {
1596                                 /* recurse for allocating page dir */
1597                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1598                                     lockp) == NULL) {
1599                                         vm_page_unwire_noq(m);
1600                                         vm_page_free_zero(m);
1601                                         return (NULL);
1602                                 }
1603                         } else {
1604                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1605                                 l2pg->wire_count++;
1606                         }
1607                 }
1608
1609                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1610                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1611                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1612         }
1613
1614         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1615
1616         return (m);
1617 }
1618
1619 static vm_page_t
1620 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1621 {
1622         pd_entry_t *l1;
1623         vm_page_t l2pg;
1624         vm_pindex_t l2pindex;
1625
1626 retry:
1627         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1628         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
1629                 /* Add a reference to the L2 page. */
1630                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1631                 l2pg->wire_count++;
1632         } else {
1633                 /* Allocate a L2 page. */
1634                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1635                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1636                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1637                         goto retry;
1638         }
1639         return (l2pg);
1640 }
1641
1642 static vm_page_t
1643 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1644 {
1645         vm_pindex_t ptepindex;
1646         pd_entry_t *pde, tpde;
1647 #ifdef INVARIANTS
1648         pt_entry_t *pte;
1649 #endif
1650         vm_page_t m;
1651         int lvl;
1652
1653         /*
1654          * Calculate pagetable page index
1655          */
1656         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1657 retry:
1658         /*
1659          * Get the page directory entry
1660          */
1661         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1662
1663         /*
1664          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1665          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1666          * table.
1667          */
1668         switch (lvl) {
1669         case -1:
1670                 break;
1671         case 0:
1672 #ifdef INVARIANTS
1673                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1674                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1675                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1676 #endif
1677                 break;
1678         case 1:
1679 #ifdef INVARIANTS
1680                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1681                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1682                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1683 #endif
1684                 break;
1685         case 2:
1686                 tpde = pmap_load(pde);
1687                 if (tpde != 0) {
1688                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1689                         m->wire_count++;
1690                         return (m);
1691                 }
1692                 break;
1693         default:
1694                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1695         }
1696
1697         /*
1698          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1699          */
1700         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1701         if (m == NULL && lockp != NULL)
1702                 goto retry;
1703
1704         return (m);
1705 }
1706
1707 /***************************************************
1708  * Pmap allocation/deallocation routines.
1709  ***************************************************/
1710
1711 /*
1712  * Release any resources held by the given physical map.
1713  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1714  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1715  */
1716 void
1717 pmap_release(pmap_t pmap)
1718 {
1719         vm_page_t m;
1720
1721         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1722             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1723             pmap->pm_stats.resident_count));
1724         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1725             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1726
1727         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l0));
1728
1729         vm_page_unwire_noq(m);
1730         vm_page_free_zero(m);
1731 }
1732
1733 static int
1734 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1735 {
1736         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1737
1738         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1739 }
1740 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1741     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1742
1743 static int
1744 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1745 {
1746         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1747
1748         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1749 }
1750 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1751     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1752
1753 /*
1754  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1755  */
1756 void
1757 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1758 {
1759         vm_paddr_t paddr;
1760         vm_page_t nkpg;
1761         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1762
1763         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1764
1765         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1766         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1767                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1768         while (kernel_vm_end < addr) {
1769                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1770                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
1771                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
1772
1773                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
1774                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1775                         /* We need a new PDP entry */
1776                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1777                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1778                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1779                         if (nkpg == NULL)
1780                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1781                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1782                                 pmap_zero_page(nkpg);
1783                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
1784                         dmb(ishst);
1785                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1786                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
1787                         continue; /* try again */
1788                 }
1789                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1790                 if (pmap_load(l2) != 0) {
1791                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1792                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1793                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1794                                 break;
1795                         }
1796                         continue;
1797                 }
1798
1799                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1800                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1801                     VM_ALLOC_ZERO);
1802                 if (nkpg == NULL)
1803                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1804                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1805                         pmap_zero_page(nkpg);
1806                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
1807                 dmb(ishst);
1808                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1809                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
1810
1811                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1812                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1813                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1814                         break;
1815                 }
1816         }
1817 }
1818
1819
1820 /***************************************************
1821  * page management routines.
1822  ***************************************************/
1823
1824 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1825 CTASSERT(_NPCM == 3);
1826 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1827
1828 static __inline struct pv_chunk *
1829 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1830 {
1831
1832         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1833 }
1834
1835 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1836
1837 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1838 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1839 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1840
1841 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1842
1843 #if 0
1844 #ifdef PV_STATS
1845 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1846
1847 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1848         "Current number of pv entry chunks");
1849 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1850         "Current number of pv entry chunks allocated");
1851 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1852         "Current number of pv entry chunks frees");
1853 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1854         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1855
1856 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1857 static int pv_entry_spare;
1858
1859 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1860         "Current number of pv entry frees");
1861 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1862         "Current number of pv entry allocs");
1863 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1864         "Current number of pv entries");
1865 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1866         "Current number of spare pv entries");
1867 #endif
1868 #endif /* 0 */
1869
1870 /*
1871  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1872  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1873  * another pv entry chunk.
1874  *
1875  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1876  *
1877  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1878  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1879  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1880  */
1881 static vm_page_t
1882 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1883 {
1884         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
1885         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
1886         struct md_page *pvh;
1887         pd_entry_t *pde;
1888         pmap_t next_pmap, pmap;
1889         pt_entry_t *pte, tpte;
1890         pv_entry_t pv;
1891         vm_offset_t va;
1892         vm_page_t m, m_pc;
1893         struct spglist free;
1894         uint64_t inuse;
1895         int bit, field, freed, lvl;
1896         static int active_reclaims = 0;
1897
1898         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
1899         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
1900
1901         pmap = NULL;
1902         m_pc = NULL;
1903         SLIST_INIT(&free);
1904         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
1905         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
1906         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
1907         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
1908
1909         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1910         active_reclaims++;
1911         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
1912         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
1913         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
1914             SLIST_EMPTY(&free)) {
1915                 next_pmap = pc->pc_pmap;
1916                 if (next_pmap == NULL) {
1917                         /*
1918                          * The next chunk is a marker.  However, it is
1919                          * not our marker, so active_reclaims must be
1920                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
1921                          * will not rotate the pv_chunks list.
1922                          */
1923                         goto next_chunk;
1924                 }
1925                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1926
1927                 /*
1928                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
1929                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
1930                  * corresponding pmap is locked.
1931                  */
1932                 if (pmap != next_pmap) {
1933                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1934                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1935                         pmap = next_pmap;
1936                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1937                         if (pmap > locked_pmap) {
1938                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1939                                 PMAP_LOCK(pmap);
1940                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1941                                 continue;
1942                         } else if (pmap != locked_pmap) {
1943                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
1944                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1945                                         continue;
1946                                 } else {
1947                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
1948                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1949                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
1950                                         if (pc == NULL ||
1951                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
1952                                                 continue;
1953                                         goto next_chunk;
1954                                 }
1955                         }
1956                 }
1957
1958                 /*
1959                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
1960                  */
1961                 freed = 0;
1962                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1963                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
1964                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
1965                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
1966                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1967                                 va = pv->pv_va;
1968                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1969                                 if (lvl != 2)
1970                                         continue;
1971                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1972                                 tpte = pmap_load(pte);
1973                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
1974                                         continue;
1975                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
1976                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1977                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
1978                                 if (pmap_pte_dirty(tpte))
1979                                         vm_page_dirty(m);
1980                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
1981                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
1982                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1983                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1984                                 m->md.pv_gen++;
1985                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
1986                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1987                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1988                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
1989                                                 vm_page_aflag_clear(m,
1990                                                     PGA_WRITEABLE);
1991                                         }
1992                                 }
1993                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
1994                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
1995                                 freed++;
1996                         }
1997                 }
1998                 if (freed == 0) {
1999                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2000                         goto next_chunk;
2001                 }
2002                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2003                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2004                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2005                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2006                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2007                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2008                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2009                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2010                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2011                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2012                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2013                         /* Entire chunk is free; return it. */
2014                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2015                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2016                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2017                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2018                         break;
2019                 }
2020                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2021                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2022                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2023                 if (pmap == locked_pmap)
2024                         break;
2025
2026 next_chunk:
2027                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2028                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2029                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2030                         /*
2031                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2032                          * scan the same pv chunks that could not be
2033                          * freed (because they contained a wired
2034                          * and/or superpage mapping) on every
2035                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2036                          */
2037                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2038                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2039                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2040                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2041                         }
2042                 }
2043         }
2044         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2045         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2046         active_reclaims--;
2047         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2048         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2049                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2050         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2051                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2052                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2053                 /* Recycle a freed page table page. */
2054                 m_pc->wire_count = 1;
2055         }
2056         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2057         return (m_pc);
2058 }
2059
2060 /*
2061  * free the pv_entry back to the free list
2062  */
2063 static void
2064 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2065 {
2066         struct pv_chunk *pc;
2067         int idx, field, bit;
2068
2069         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2070         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2071         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2072         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2073         pc = pv_to_chunk(pv);
2074         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2075         field = idx / 64;
2076         bit = idx % 64;
2077         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2078         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2079             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2080                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2081                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2082                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2083                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2084                 }
2085                 return;
2086         }
2087         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2088         free_pv_chunk(pc);
2089 }
2090
2091 static void
2092 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2093 {
2094         vm_page_t m;
2095
2096         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2097         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2098         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2099         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2100         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2101         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2102         /* entire chunk is free, return it */
2103         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2104         dump_drop_page(m->phys_addr);
2105         vm_page_unwire_noq(m);
2106         vm_page_free(m);
2107 }
2108
2109 /*
2110  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2111  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2112  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2113  * returned.
2114  *
2115  * The given PV list lock may be released.
2116  */
2117 static pv_entry_t
2118 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2119 {
2120         int bit, field;
2121         pv_entry_t pv;
2122         struct pv_chunk *pc;
2123         vm_page_t m;
2124
2125         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2126         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2127 retry:
2128         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2129         if (pc != NULL) {
2130                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2131                         if (pc->pc_map[field]) {
2132                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2133                                 break;
2134                         }
2135                 }
2136                 if (field < _NPCM) {
2137                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2138                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2139                         /* If this was the last item, move it to tail */
2140                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2141                             pc->pc_map[2] == 0) {
2142                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2143                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2144                                     pc_list);
2145                         }
2146                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2147                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2148                         return (pv);
2149                 }
2150         }
2151         /* No free items, allocate another chunk */
2152         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2153             VM_ALLOC_WIRED);
2154         if (m == NULL) {
2155                 if (lockp == NULL) {
2156                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2157                         return (NULL);
2158                 }
2159                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2160                 if (m == NULL)
2161                         goto retry;
2162         }
2163         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2164         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2165         dump_add_page(m->phys_addr);
2166         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2167         pc->pc_pmap = pmap;
2168         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2169         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2170         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2171         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2172         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2173         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2174         pv = &pc->pc_pventry[0];
2175         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2176         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2177         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2178         return (pv);
2179 }
2180
2181 /*
2182  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2183  * exceeds the given count, "needed".
2184  *
2185  * The given PV list lock may be released.
2186  */
2187 static void
2188 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2189 {
2190         struct pch new_tail;
2191         struct pv_chunk *pc;
2192         vm_page_t m;
2193         int avail, free;
2194         bool reclaimed;
2195
2196         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2197         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2198
2199         /*
2200          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2201          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2202          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2203          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2204          */
2205         TAILQ_INIT(&new_tail);
2206 retry:
2207         avail = 0;
2208         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2209                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2210                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2211                 if (free == 0)
2212                         break;
2213                 avail += free;
2214                 if (avail >= needed)
2215                         break;
2216         }
2217         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2218                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2219                     VM_ALLOC_WIRED);
2220                 if (m == NULL) {
2221                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2222                         if (m == NULL)
2223                                 goto retry;
2224                         reclaimed = true;
2225                 }
2226                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2227                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2228                 dump_add_page(m->phys_addr);
2229                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2230                 pc->pc_pmap = pmap;
2231                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2232                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2233                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2234                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2235                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2236                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2237
2238                 /*
2239                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2240                  * If that chunk contained available entries, we need to
2241                  * re-count the number of available entries.
2242                  */
2243                 if (reclaimed)
2244                         goto retry;
2245         }
2246         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2247                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2248                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2249                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2250         }
2251 }
2252
2253 /*
2254  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2255  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2256  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2257  * 2MB page mappings.
2258  */
2259 static __inline pv_entry_t
2260 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2261 {
2262         pv_entry_t pv;
2263
2264         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2265                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2266                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2267                         pvh->pv_gen++;
2268                         break;
2269                 }
2270         }
2271         return (pv);
2272 }
2273
2274 /*
2275  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2276  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2277  * entries for each of the 4KB page mappings.
2278  */
2279 static void
2280 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2281     struct rwlock **lockp)
2282 {
2283         struct md_page *pvh;
2284         struct pv_chunk *pc;
2285         pv_entry_t pv;
2286         vm_offset_t va_last;
2287         vm_page_t m;
2288         int bit, field;
2289
2290         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2291         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2292             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2293         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2294             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2295         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2296
2297         /*
2298          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2299          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2300          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2301          */
2302         pvh = pa_to_pvh(pa);
2303         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2304         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2305         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2306         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2307         m->md.pv_gen++;
2308         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2309         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2310         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2311         for (;;) {
2312                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2313                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2314                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2315                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2316                         while (pc->pc_map[field]) {
2317                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2318                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2319                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2320                                 va += PAGE_SIZE;
2321                                 pv->pv_va = va;
2322                                 m++;
2323                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2324                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2325                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2326                                 m->md.pv_gen++;
2327                                 if (va == va_last)
2328                                         goto out;
2329                         }
2330                 }
2331                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2332                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2333         }
2334 out:
2335         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2336                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2337                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2338         }
2339         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2340         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2341 }
2342
2343 /*
2344  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2345  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2346  * page mappings.
2347  */
2348 static void
2349 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2350 {
2351         pv_entry_t pv;
2352
2353         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2354         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2355         free_pv_entry(pmap, pv);
2356 }
2357
2358 /*
2359  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2360  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2361  */
2362 static boolean_t
2363 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2364     struct rwlock **lockp)
2365 {
2366         pv_entry_t pv;
2367
2368         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2369         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2370         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2371                 pv->pv_va = va;
2372                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2373                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2374                 m->md.pv_gen++;
2375                 return (TRUE);
2376         } else
2377                 return (FALSE);
2378 }
2379
2380 /*
2381  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2382  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2383  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2384  */
2385 static bool
2386 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2387     struct rwlock **lockp)
2388 {
2389         struct md_page *pvh;
2390         pv_entry_t pv;
2391         vm_paddr_t pa;
2392
2393         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2394         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2395         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2396             NULL : lockp)) == NULL)
2397                 return (false);
2398         pv->pv_va = va;
2399         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2400         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2401         pvh = pa_to_pvh(pa);
2402         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2403         pvh->pv_gen++;
2404         return (true);
2405 }
2406
2407 static void
2408 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2409 {
2410         pt_entry_t newl2, oldl2;
2411         vm_page_t ml3;
2412         vm_paddr_t ml3pa;
2413
2414         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2415         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2416         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2417
2418         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2419         if (ml3 == NULL)
2420                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2421
2422         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2423         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2424
2425         /*
2426          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2427          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2428          */
2429         if (ml3->valid != 0)
2430                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2431
2432         /*
2433          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2434          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
2435          */
2436         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2437         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2438             __func__, l2, oldl2));
2439 }
2440
2441 /*
2442  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2443  */
2444 static int
2445 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2446     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2447 {
2448         struct md_page *pvh;
2449         pt_entry_t old_l2;
2450         vm_offset_t eva, va;
2451         vm_page_t m, ml3;
2452
2453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2454         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2455         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2456         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2457             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2458
2459         /*
2460          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2461          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2462          */
2463         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2464
2465         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2466                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2467         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2468         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2469                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2470                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2471                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2472                 eva = sva + L2_SIZE;
2473                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2474                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2475                         if (pmap_pte_dirty(old_l2))
2476                                 vm_page_dirty(m);
2477                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2478                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2479                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2480                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2481                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2482                 }
2483         }
2484         if (pmap == kernel_pmap) {
2485                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2486         } else {
2487                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2488                 if (ml3 != NULL) {
2489                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2490                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2491                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2492                         KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
2493                             ("pmap_remove_l2: l3 page wire count error"));
2494                         ml3->wire_count = 0;
2495                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2496                 }
2497         }
2498         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2499 }
2500
2501 /*
2502  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2503  */
2504 static int
2505 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2506     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2507 {
2508         struct md_page *pvh;
2509         pt_entry_t old_l3;
2510         vm_page_t m;
2511
2512         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2513         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2514         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2515         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2516                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2517         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2518         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2519                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2520                 if (pmap_pte_dirty(old_l3))
2521                         vm_page_dirty(m);
2522                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2523                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2524                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2525                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2526                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2527                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2528                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2529                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2530                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2531                 }
2532         }
2533         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2534 }
2535
2536 /*
2537  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
2538  * identified by the given L2 entry.
2539  */
2540 static void
2541 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
2542     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2543 {
2544         struct md_page *pvh;
2545         struct rwlock *new_lock;
2546         pt_entry_t *l3, old_l3;
2547         vm_offset_t va;
2548         vm_page_t m;
2549
2550         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2551         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
2552             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
2553         va = eva;
2554         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
2555                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
2556                         if (va != eva) {
2557                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2558                                 va = eva;
2559                         }
2560                         continue;
2561                 }
2562                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2563                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2564                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2565                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2566                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
2567                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2568                         if (pmap_pte_dirty(old_l3))
2569                                 vm_page_dirty(m);
2570                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
2571                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2572                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2573                         if (new_lock != *lockp) {
2574                                 if (*lockp != NULL) {
2575                                         /*
2576                                          * Pending TLB invalidations must be
2577                                          * performed before the PV list lock is
2578                                          * released.  Otherwise, a concurrent
2579                                          * pmap_remove_all() on a physical page
2580                                          * could return while a stale TLB entry
2581                                          * still provides access to that page. 
2582                                          */
2583                                         if (va != eva) {
2584                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
2585                                                     sva);
2586                                                 va = eva;
2587                                         }
2588                                         rw_wunlock(*lockp);
2589                                 }
2590                                 *lockp = new_lock;
2591                                 rw_wlock(*lockp);
2592                         }
2593                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
2594                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2595                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2596                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2597                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2598                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2599                         }
2600                 }
2601                 if (va == eva)
2602                         va = sva;
2603                 if (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l2e, free)) {
2604                         sva += L3_SIZE;
2605                         break;
2606                 }
2607         }
2608         if (va != eva)
2609                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2610 }
2611
2612 /*
2613  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2614  *
2615  *      It is assumed that the start and end are properly
2616  *      rounded to the page size.
2617  */
2618 void
2619 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2620 {
2621         struct rwlock *lock;
2622         vm_offset_t va_next;
2623         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2624         pt_entry_t l3_paddr;
2625         struct spglist free;
2626
2627         /*
2628          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2629          */
2630         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2631                 return;
2632
2633         SLIST_INIT(&free);
2634
2635         PMAP_LOCK(pmap);
2636
2637         lock = NULL;
2638         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2639
2640                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2641                         break;
2642
2643                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2644                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2645                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2646                         if (va_next < sva)
2647                                 va_next = eva;
2648                         continue;
2649                 }
2650
2651                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2652                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2653                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2654                         if (va_next < sva)
2655                                 va_next = eva;
2656                         continue;
2657                 }
2658
2659                 /*
2660                  * Calculate index for next page table.
2661                  */
2662                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2663                 if (va_next < sva)
2664                         va_next = eva;
2665
2666                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2667                 if (l2 == NULL)
2668                         continue;
2669
2670                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2671
2672                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2673                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2674                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2675                                     &free, &lock);
2676                                 continue;
2677                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2678                             &lock) == NULL)
2679                                 continue;
2680                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2681                 }
2682
2683                 /*
2684                  * Weed out invalid mappings.
2685                  */
2686                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2687                         continue;
2688
2689                 /*
2690                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2691                  * by the current page table page, or to the end of the
2692                  * range being removed.
2693                  */
2694                 if (va_next > eva)
2695                         va_next = eva;
2696
2697                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
2698                     &lock);
2699         }
2700         if (lock != NULL)
2701                 rw_wunlock(lock);
2702         PMAP_UNLOCK(pmap);
2703         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2704 }
2705
2706 /*
2707  *      Routine:        pmap_remove_all
2708  *      Function:
2709  *              Removes this physical page from
2710  *              all physical maps in which it resides.
2711  *              Reflects back modify bits to the pager.
2712  *
2713  *      Notes:
2714  *              Original versions of this routine were very
2715  *              inefficient because they iteratively called
2716  *              pmap_remove (slow...)
2717  */
2718
2719 void
2720 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2721 {
2722         struct md_page *pvh;
2723         pv_entry_t pv;
2724         pmap_t pmap;
2725         struct rwlock *lock;
2726         pd_entry_t *pde, tpde;
2727         pt_entry_t *pte, tpte;
2728         vm_offset_t va;
2729         struct spglist free;
2730         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2731
2732         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2733             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2734         SLIST_INIT(&free);
2735         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2736         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2737             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2738 retry:
2739         rw_wlock(lock);
2740         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2741                 pmap = PV_PMAP(pv);
2742                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2743                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2744                         rw_wunlock(lock);
2745                         PMAP_LOCK(pmap);
2746                         rw_wlock(lock);
2747                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2748                                 rw_wunlock(lock);
2749                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2750                                 goto retry;
2751                         }
2752                 }
2753                 va = pv->pv_va;
2754                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2755                 KASSERT(pte != NULL,
2756                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
2757                 KASSERT(lvl == 2,
2758                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
2759
2760                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
2761                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2762         }
2763         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2764                 pmap = PV_PMAP(pv);
2765                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2766                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2767                         md_gen = m->md.pv_gen;
2768                         rw_wunlock(lock);
2769                         PMAP_LOCK(pmap);
2770                         rw_wlock(lock);
2771                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
2772                                 rw_wunlock(lock);
2773                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2774                                 goto retry;
2775                         }
2776                 }
2777                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2778
2779                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
2780                 KASSERT(pde != NULL,
2781                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
2782                 KASSERT(lvl == 2,
2783                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
2784                 tpde = pmap_load(pde);
2785
2786                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
2787                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2788                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2789                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
2790                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2791                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
2792                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2793
2794                 /*
2795                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2796                  */
2797                 if (pmap_pte_dirty(tpte))
2798                         vm_page_dirty(m);
2799                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
2800                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2801                 m->md.pv_gen++;
2802                 free_pv_entry(pmap, pv);
2803                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2804         }
2805         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2806         rw_wunlock(lock);
2807         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2808 }
2809
2810 /*
2811  * pmap_protect_l2: do the things to protect a 2MB page in a pmap
2812  */
2813 static void
2814 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
2815     pt_entry_t nbits)
2816 {
2817         pd_entry_t old_l2;
2818         vm_page_t m, mt;
2819
2820         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2821         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
2822             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
2823         old_l2 = pmap_load(l2);
2824         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
2825             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
2826
2827         /*
2828          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
2829          * in place.
2830          */
2831 retry:
2832         if ((old_l2 & mask) == nbits)
2833                 return;
2834
2835         /*
2836          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
2837          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
2838          * pages.
2839          */
2840         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
2841             (nbits & ATTR_AP(ATTR_AP_RO)) != 0 && pmap_pte_dirty(old_l2)) {
2842                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2843                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
2844                         vm_page_dirty(mt);
2845         }
2846
2847         if (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
2848                 goto retry;
2849
2850         /*
2851          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
2852          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
2853          */
2854         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2855 }
2856
2857 /*
2858  *      Set the physical protection on the
2859  *      specified range of this map as requested.
2860  */
2861 void
2862 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2863 {
2864         vm_offset_t va, va_next;
2865         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2866         pt_entry_t *l3p, l3, mask, nbits;
2867
2868         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
2869         if (prot == VM_PROT_NONE) {
2870                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2871                 return;
2872         }
2873
2874         mask = nbits = 0;
2875         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2876                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
2877                 nbits |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2878         }
2879         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
2880                 mask |= ATTR_XN;
2881                 nbits |= ATTR_XN;
2882         }
2883         if (mask == 0)
2884                 return;
2885
2886         PMAP_LOCK(pmap);
2887         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2888
2889                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2890                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2891                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2892                         if (va_next < sva)
2893                                 va_next = eva;
2894                         continue;
2895                 }
2896
2897                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2898                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2899                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2900                         if (va_next < sva)
2901                                 va_next = eva;
2902                         continue;
2903                 }
2904
2905                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2906                 if (va_next < sva)
2907                         va_next = eva;
2908
2909                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2910                 if (pmap_load(l2) == 0)
2911                         continue;
2912
2913                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2914                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2915                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
2916                                 continue;
2917                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
2918                                 continue;
2919                 }
2920                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
2921                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
2922
2923                 if (va_next > eva)
2924                         va_next = eva;
2925
2926                 va = va_next;
2927                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
2928                     sva += L3_SIZE) {
2929                         l3 = pmap_load(l3p);
2930 retry:
2931                         /*
2932                          * Go to the next L3 entry if the current one is
2933                          * invalid or already has the desired access
2934                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
2935                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
2936                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
2937                          * have the desired restrictions.)
2938                          */
2939                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
2940                                 if (va != va_next) {
2941                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2942                                         va = va_next;
2943                                 }
2944                                 continue;
2945                         }
2946
2947                         /*
2948                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
2949                          * update the page's dirty field.
2950                          */
2951                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
2952                             (nbits & ATTR_AP(ATTR_AP_RO)) != 0 &&
2953                             pmap_pte_dirty(l3))
2954                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
2955
2956                         if (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) | nbits))
2957                                 goto retry;
2958                         if (va == va_next)
2959                                 va = sva;
2960                 }
2961                 if (va != va_next)
2962                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2963         }
2964         PMAP_UNLOCK(pmap);
2965 }
2966
2967 /*
2968  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2969  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2970  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2971  * ordered by this virtual address range.
2972  *
2973  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
2974  */
2975 static __inline int
2976 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
2977 {
2978
2979         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2980         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
2981         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2982 }
2983
2984 /*
2985  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2986  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2987  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2988  * specified virtual address.
2989  */
2990 static __inline vm_page_t
2991 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2992 {
2993
2994         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2995         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
2996 }
2997
2998 /*
2999  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3000  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3001  * inconsistent state.
3002  */
3003 static void
3004 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3005     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3006 {
3007         register_t intr;
3008
3009         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3010
3011         /*
3012          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3013          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3014          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3015          */
3016         intr = intr_disable();
3017         critical_enter();
3018
3019         /*
3020          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3021          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3022          * lookup the physical address.
3023          */
3024         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3025         pmap_invalidate_range_nopin(pmap, va, va + size);
3026
3027         /* Create the new mapping */
3028         pmap_store(pte, newpte);
3029         dsb(ishst);
3030
3031         critical_exit();
3032         intr_restore(intr);
3033 }
3034
3035 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3036 /*
3037  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3038  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3039  * for the 2MB page mapping.
3040  */
3041 static void
3042 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3043     struct rwlock **lockp)
3044 {
3045         struct md_page *pvh;
3046         pv_entry_t pv;
3047         vm_offset_t va_last;
3048         vm_page_t m;
3049
3050         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3051             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3052         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3053
3054         /*
3055          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3056          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3057          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3058          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3059          * mappings that is being promoted.
3060          */
3061         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3062         va = va & ~L2_OFFSET;
3063         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3064         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3065         pvh = pa_to_pvh(pa);
3066         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3067         pvh->pv_gen++;
3068         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3069         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3070         do {
3071                 m++;
3072                 va += PAGE_SIZE;
3073                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3074         } while (va < va_last);
3075 }
3076
3077 /*
3078  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3079  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3080  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3081  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3082  * identical characteristics.
3083  */
3084 static void
3085 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3086     struct rwlock **lockp)
3087 {
3088         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3089         vm_page_t mpte;
3090         vm_offset_t sva;
3091
3092         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3093
3094         sva = va & ~L2_OFFSET;
3095         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3096         newl2 = pmap_load(firstl3);
3097
3098 setl2:
3099         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF) {
3100                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3101                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3102                     " in pmap %p", va, pmap);
3103                 return;
3104         }
3105
3106         if ((newl2 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3107             (ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3108                 if (!atomic_fcmpset_64(l2, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3109                         goto setl2;
3110                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3111         }
3112
3113         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3114         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3115                 oldl3 = pmap_load(l3);
3116 setl3:
3117                 if ((oldl3 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3118                     (ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3119                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3120                             ~ATTR_SW_DBM))
3121                                 goto setl3;
3122                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3123                 }
3124                 if (oldl3 != pa) {
3125                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3126                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3127                             " in pmap %p", va, pmap);
3128                         return;
3129                 }
3130                 pa -= PAGE_SIZE;
3131         }
3132
3133         /*
3134          * Save the page table page in its current state until the L2
3135          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3136          * destroyed by pmap_remove_l3().
3137          */
3138         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3139         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3140             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3141             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3142         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3143             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3144         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3145                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3146                 CTR2(KTR_PMAP,
3147                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3148                     pmap);
3149                 return;
3150         }
3151
3152         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3153                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3154
3155         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3156         newl2 |= L2_BLOCK;
3157
3158         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3159
3160         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3161         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3162                     pmap);
3163 }
3164 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3165
3166 /*
3167  *      Insert the given physical page (p) at
3168  *      the specified virtual address (v) in the
3169  *      target physical map with the protection requested.
3170  *
3171  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3172  *      that the related pte can not be reclaimed.
3173  *
3174  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3175  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3176  *      insert this page into the given map NOW.
3177  */
3178 int
3179 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3180     u_int flags, int8_t psind)
3181 {
3182         struct rwlock *lock;
3183         pd_entry_t *pde;
3184         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3185         pt_entry_t *l2, *l3;
3186         pv_entry_t pv;
3187         vm_paddr_t opa, pa;
3188         vm_page_t mpte, om;
3189         boolean_t nosleep;
3190         int lvl, rv;
3191
3192         va = trunc_page(va);
3193         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3194                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3195         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3196         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3197             L3_PAGE);
3198         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3199                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
3200         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3201                 new_l3 |= ATTR_XN;
3202         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3203                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
3204         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3205                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
3206         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3207                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3208                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3209                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
3210                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0)
3211                                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
3212                 }
3213         }
3214
3215         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3216
3217         lock = NULL;
3218         PMAP_LOCK(pmap);
3219         if (psind == 1) {
3220                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
3221                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3222                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3223                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
3224                     flags, m, &lock);
3225                 goto out;
3226         }
3227         mpte = NULL;
3228
3229         /*
3230          * In the case that a page table page is not
3231          * resident, we are creating it here.
3232          */
3233 retry:
3234         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3235         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3236                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3237                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3238                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3239                         mpte->wire_count++;
3240                 }
3241                 goto havel3;
3242         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
3243                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3244                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3245                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
3246                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3247                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3248                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
3249                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3250                                 mpte->wire_count++;
3251                         }
3252                         goto havel3;
3253                 }
3254                 /* We need to allocate an L3 table. */
3255         }
3256         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3257                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
3258
3259                 /*
3260                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
3261                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
3262                  * was created while we slept.
3263                  */
3264                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
3265                     nosleep ? NULL : &lock);
3266                 if (mpte == NULL && nosleep) {
3267                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3268                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3269                         goto out;
3270                 }
3271                 goto retry;
3272         } else
3273                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
3274
3275 havel3:
3276         orig_l3 = pmap_load(l3);
3277         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
3278         pv = NULL;
3279
3280         /*
3281          * Is the specified virtual address already mapped?
3282          */
3283         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3284                 /*
3285                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3286                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3287                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3288                  * the PT page will be also.
3289                  */
3290                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
3291                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3292                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3293                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
3294                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3295                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3296
3297                 /*
3298                  * Remove the extra PT page reference.
3299                  */
3300                 if (mpte != NULL) {
3301                         mpte->wire_count--;
3302                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3303                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3304                              " va: 0x%lx", va));
3305                 }
3306
3307                 /*
3308                  * Has the physical page changed?
3309                  */
3310                 if (opa == pa) {
3311                         /*
3312                          * No, might be a protection or wiring change.
3313                          */
3314                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3315                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3316                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3317                         goto validate;
3318                 }
3319
3320                 /*
3321                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3322                  * the mapping.
3323                  */
3324                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
3325                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3326                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3327                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3328                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3329
3330                         /*
3331                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3332                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3333                          * pmap_ts_referenced().
3334                          */
3335                         if (pmap_pte_dirty(orig_l3))
3336                                 vm_page_dirty(om);
3337                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0)
3338                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3339                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3340                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3341                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3342                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3343                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3344                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3345                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3346                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3347                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3348                 }
3349                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3350                 orig_l3 = 0;
3351         } else {
3352                 /*
3353                  * Increment the counters.
3354                  */
3355                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3356                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3357                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3358         }
3359         /*
3360          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3361          */
3362         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3363                 if (pv == NULL) {
3364                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3365                         pv->pv_va = va;
3366                 }
3367                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3368                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3369                 m->md.pv_gen++;
3370                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3371                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3372         }
3373
3374 validate:
3375         /*
3376          * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WRITE_BACK
3377          * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
3378          * valid for hardware table walk. If done later, then other can
3379          * access this page before caches are properly synced.
3380          * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
3381          * permission even if the memory isn't going to hold executable
3382          * code. The only time when icache sync is needed is after
3383          * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
3384          * And it's done in elf_cpu_load_file().
3385         */
3386         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3387             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3388             (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_XN)))
3389                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3390
3391         /*
3392          * Update the L3 entry
3393          */
3394         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3395                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3396                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3397                         /* same PA, different attributes */
3398                         /* XXXMJ need to reload orig_l3 for hardware DBM. */
3399                         pmap_load_store(l3, new_l3);
3400                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3401                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3402                             pmap_pte_dirty(orig_l3))
3403                                 vm_page_dirty(m);
3404                 } else {
3405                         /*
3406                          * orig_l3 == new_l3
3407                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3408                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3409                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3410                          * cycle.
3411                          * Another possible reasons are:
3412                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3413                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3414                          *   actual mapping.
3415                          */
3416                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3417                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3418                             __func__, pmap, va, new_l3);
3419                 }
3420         } else {
3421                 /* New mapping */
3422                 pmap_store(l3, new_l3);
3423                 dsb(ishst);
3424         }
3425
3426 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3427         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NL3PG) &&
3428             pmap_ps_enabled(pmap) &&
3429             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3430             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3431                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3432         }
3433 #endif
3434
3435         rv = KERN_SUCCESS;
3436 out:
3437         if (lock != NULL)
3438                 rw_wunlock(lock);
3439         PMAP_UNLOCK(pmap);
3440         return (rv);
3441 }
3442
3443 /*
3444  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
3445  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
3446  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
3447  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
3448  * PV entry.
3449  */
3450 static bool
3451 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3452     struct rwlock **lockp)
3453 {
3454         pd_entry_t new_l2;
3455
3456         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3457
3458         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
3459             ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L2_BLOCK);
3460         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3461                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
3462                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
3463         }
3464         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3465                 new_l2 |= ATTR_XN;
3466         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3467                 new_l2 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
3468         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3469             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
3470             KERN_SUCCESS);
3471 }
3472
3473 /*
3474  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
3475  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
3476  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
3477  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
3478  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
3479  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3480  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3481  *
3482  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3483  */
3484 static int
3485 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
3486     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
3487 {
3488         struct spglist free;
3489         pd_entry_t *l2, old_l2;
3490         vm_page_t l2pg, mt;
3491
3492         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3493
3494         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
3495             NULL : lockp)) == NULL) {
3496                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3497                     va, pmap);
3498                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3499         }
3500
3501         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
3502         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
3503         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
3504                 KASSERT(l2pg->wire_count > 1,
3505                     ("pmap_enter_l2: l2pg's wire count is too low"));
3506                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
3507                         l2pg->wire_count--;
3508                         CTR2(KTR_PMAP,
3509                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3510                             va, pmap);
3511                         return (KERN_FAILURE);
3512                 }
3513                 SLIST_INIT(&free);
3514                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
3515                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
3516                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
3517                 else
3518                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
3519                             &free, lockp);
3520                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3521                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3522                         /*
3523                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
3524                          * will leave the kernel page table page zero filled.
3525                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
3526                          * entry for the kernel page table page.
3527                          */
3528                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3529                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3530                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3531                         pmap_clear(l2);
3532                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3533                 } else
3534                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3535                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3536         }
3537
3538         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3539                 /*
3540                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3541                  */
3542                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3543                         SLIST_INIT(&free);
3544                         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, &free)) {
3545                                 /*
3546                                  * Although "va" is not mapped, the TLB could
3547                                  * nonetheless have intermediate entries that
3548                                  * refer to the freed page table pages.
3549                                  * Invalidate those entries.
3550                                  *
3551                                  * XXX redundant invalidation (See
3552                                  * _pmap_unwire_l3().)
3553                                  */
3554                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3555                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3556                         }
3557                         CTR2(KTR_PMAP,
3558                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3559                             va, pmap);
3560                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3561                 }
3562                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
3563                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3564                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3565         }
3566
3567         /*
3568          * Increment counters.
3569          */
3570         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3571                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3572         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3573
3574         /*
3575          * Map the superpage.
3576          */
3577         pmap_store(l2, new_l2);
3578         dsb(ishst);
3579
3580         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3581         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3582             va, pmap);
3583
3584         return (KERN_SUCCESS);
3585 }
3586
3587 /*
3588  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3589  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3590  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3591  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3592  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3593  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3594  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3595  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3596  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3597  * corresponding offset from m_start are mapped.
3598  */
3599 void
3600 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3601     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3602 {
3603         struct rwlock *lock;
3604         vm_offset_t va;
3605         vm_page_t m, mpte;
3606         vm_pindex_t diff, psize;
3607
3608         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3609
3610         psize = atop(end - start);
3611         mpte = NULL;
3612         m = m_start;
3613         lock = NULL;
3614         PMAP_LOCK(pmap);
3615         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3616                 va = start + ptoa(diff);
3617                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3618                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3619                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3620                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3621                 else
3622                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3623                             &lock);
3624                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3625         }
3626         if (lock != NULL)
3627                 rw_wunlock(lock);
3628         PMAP_UNLOCK(pmap);
3629 }
3630
3631 /*
3632  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3633  * 1. Current pmap & pmap exists.
3634  * 2. Not wired.
3635  * 3. Read access.
3636  * 4. No page table pages.
3637  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3638  */
3639
3640 void
3641 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3642 {
3643         struct rwlock *lock;
3644
3645         lock = NULL;
3646         PMAP_LOCK(pmap);
3647         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3648         if (lock != NULL)
3649                 rw_wunlock(lock);
3650         PMAP_UNLOCK(pmap);
3651 }
3652
3653 static vm_page_t
3654 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3655     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3656 {
3657         struct spglist free;
3658         pd_entry_t *pde;
3659         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3660         vm_paddr_t pa;
3661         int lvl;
3662
3663         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3664             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3665             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3666         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3667
3668         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3669         /*
3670          * In the case that a page table page is not
3671          * resident, we are creating it here.
3672          */
3673         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3674                 vm_pindex_t l2pindex;
3675
3676                 /*
3677                  * Calculate pagetable page index
3678                  */
3679                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3680                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3681                         mpte->wire_count++;
3682                 } else {
3683                         /*
3684                          * Get the l2 entry
3685                          */
3686                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3687
3688                         /*
3689                          * If the page table page is mapped, we just increment
3690                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3691                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3692                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3693                          */
3694                         if (lvl == 1) {
3695                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3696                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3697                                     L2_BLOCK)
3698                                         return (NULL);
3699                         }
3700                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3701                                 mpte =
3702                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3703                                 mpte->wire_count++;
3704                         } else {
3705                                 /*
3706                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3707                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3708                                  */
3709                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3710                                 if (mpte == NULL)
3711                                         return (mpte);
3712                         }
3713                 }
3714                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3715                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3716         } else {
3717                 mpte = NULL;
3718                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3719                 KASSERT(pde != NULL,
3720                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3721                      va));
3722                 KASSERT(lvl == 2,
3723                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3724                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3725         }
3726
3727         /*
3728          * Abort if a mapping already exists.
3729          */
3730         if (pmap_load(l3) != 0) {
3731                 if (mpte != NULL) {
3732                         mpte->wire_count--;
3733                         mpte = NULL;
3734                 }
3735                 return (mpte);
3736         }
3737
3738         /*
3739          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3740          */
3741         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3742             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3743                 if (mpte != NULL) {
3744                         SLIST_INIT(&free);
3745                         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
3746                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3747                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3748                         }
3749                         mpte = NULL;
3750                 }
3751                 return (mpte);
3752         }
3753
3754         /*
3755          * Increment counters
3756          */
3757         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3758
3759         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3760         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3761             ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L3_PAGE;
3762         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3763                 l3_val |= ATTR_XN;
3764         else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3765                 l3_val |= ATTR_PXN;
3766
3767         /*
3768          * Now validate mapping with RO protection
3769          */
3770         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3771                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
3772                 l3_val &= ~ATTR_AF;
3773         }
3774
3775         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
3776         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3777             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
3778                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3779
3780         pmap_store(l3, l3_val);
3781         dsb(ishst);
3782
3783         return (mpte);
3784 }
3785
3786 /*
3787  * This code maps large physical mmap regions into the
3788  * processor address space.  Note that some shortcuts
3789  * are taken, but the code works.
3790  */
3791 void
3792 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3793     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3794 {
3795
3796         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3797         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3798             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3799 }
3800
3801 /*
3802  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3803  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3804  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3805  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3806  *
3807  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3808  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3809  */
3810 void
3811 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3812 {
3813         vm_offset_t va_next;
3814         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3815         pt_entry_t *l3;
3816
3817         PMAP_LOCK(pmap);
3818         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3819                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3820                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3821                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3822                         if (va_next < sva)
3823                                 va_next = eva;
3824                         continue;
3825                 }
3826
3827                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3828                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3829                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3830                         if (va_next < sva)
3831                                 va_next = eva;
3832                         continue;
3833                 }
3834
3835                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3836                 if (va_next < sva)
3837                         va_next = eva;
3838
3839                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3840                 if (pmap_load(l2) == 0)
3841                         continue;
3842
3843                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3844                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3845                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3846                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
3847
3848                         /*
3849                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
3850                          * demote the mapping and fall through.
3851                          */
3852                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3853                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
3854                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
3855                                     PAGE_SIZE;
3856                                 continue;
3857                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3858                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
3859                 }
3860                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3861                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
3862
3863                 if (va_next > eva)
3864                         va_next = eva;
3865                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3866                     sva += L3_SIZE) {
3867                         if (pmap_load(l3) == 0)
3868                                 continue;
3869                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3870                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3871                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
3872
3873                         /*
3874                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
3875                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
3876                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
3877                          */
3878                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
3879                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3880                 }
3881         }
3882         PMAP_UNLOCK(pmap);
3883 }
3884
3885 /*
3886  *      Copy the range specified by src_addr/len
3887  *      from the source map to the range dst_addr/len
3888  *      in the destination map.
3889  *
3890  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3891  *
3892  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
3893  *      it should not have to flush the instruction cache.
3894  */
3895 void
3896 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3897     vm_offset_t src_addr)
3898 {
3899         struct rwlock *lock;
3900         struct spglist free;
3901         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
3902         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
3903         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
3904         vm_page_t dst_l2pg, dstmpte, srcmpte;
3905
3906         if (dst_addr != src_addr)
3907                 return;
3908         end_addr = src_addr + len;
3909         lock = NULL;
3910         if (dst_pmap < src_pmap) {
3911                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3912                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3913         } else {
3914                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3915                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3916         }
3917         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
3918                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
3919                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3920                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3921                         if (va_next < addr)
3922                                 va_next = end_addr;
3923                         continue;
3924                 }
3925                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
3926                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3927                         va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3928                         if (va_next < addr)
3929                                 va_next = end_addr;
3930                         continue;
3931                 }
3932                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3933                 if (va_next < addr)
3934                         va_next = end_addr;
3935                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
3936                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
3937                 if (srcptepaddr == 0)
3938                         continue;
3939                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3940                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
3941                             addr + L2_SIZE > end_addr)
3942                                 continue;
3943                         dst_l2pg = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, NULL);
3944                         if (dst_l2pg == NULL)
3945                                 break;
3946                         l2 = (pd_entry_t *)
3947                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_l2pg));
3948                         l2 = &l2[pmap_l2_index(addr)];
3949                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
3950                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
3951                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
3952                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
3953                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
3954                                 nbits = 0;
3955                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_DBM) != 0)
3956                                         nbits |= ATTR_AP_RW_BIT;
3957                                 pmap_store(l2, (srcptepaddr & ~mask) | nbits);
3958                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
3959                                     PAGE_SIZE);
3960                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3961                         } else
3962                                 dst_l2pg->wire_count--;
3963                         continue;
3964                 }
3965                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3966                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
3967                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
3968                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
3969                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3970                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3971                 if (va_next > end_addr)
3972                         va_next = end_addr;
3973                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
3974                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
3975                 dstmpte = NULL;
3976                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
3977                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
3978
3979                         /*
3980                          * We only virtual copy managed pages.
3981                          */
3982                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
3983                                 continue;
3984
3985                         if (dstmpte != NULL) {
3986                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
3987                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
3988                                 dstmpte->wire_count++;
3989                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
3990                             NULL)) == NULL)
3991                                 goto out;
3992                         dst_pte = (pt_entry_t *)
3993                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
3994                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
3995                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
3996                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3997                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
3998                                 /*
3999                                  * Clear the wired, modified, and accessed
4000                                  * (referenced) bits during the copy.
4001                                  */
4002                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
4003                                 nbits = 0;
4004                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
4005                                         nbits |= ATTR_AP_RW_BIT;
4006                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
4007                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4008                         } else {
4009                                 SLIST_INIT(&free);
4010                                 if (pmap_unwire_l3(dst_pmap, addr, dstmpte,
4011                                     &free)) {
4012                                         /*
4013                                          * Although "addr" is not mapped,
4014                                          * the TLB could nonetheless have
4015                                          * intermediate entries that refer
4016                                          * to the freed page table pages.
4017                                          * Invalidate those entries.
4018                                          *
4019                                          * XXX redundant invalidation
4020                                          */
4021                                         pmap_invalidate_page(dst_pmap, addr);
4022                                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4023                                 }
4024                                 goto out;
4025                         }
4026                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
4027                         if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4028                                 break;
4029                 }
4030         }
4031 out:
4032         /*
4033          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
4034          * not active.
4035          */
4036         dsb(ishst);
4037
4038         if (lock != NULL)
4039                 rw_wunlock(lock);
4040         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4041         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4042 }
4043
4044 /*
4045  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4046  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4047  */
4048 void
4049 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4050 {
4051         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4052
4053         pagezero((void *)va);
4054 }
4055
4056 /*
4057  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
4058  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4059  *
4060  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4061  */
4062 void
4063 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4064 {
4065         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4066
4067         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4068                 pagezero((void *)va);
4069         else
4070                 bzero((char *)va + off, size);
4071 }
4072
4073 /*
4074  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4075  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4076  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4077  *      time.
4078  */
4079 void
4080 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4081 {
4082         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4083         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4084
4085         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4086 }
4087
4088 int unmapped_buf_allowed = 1;
4089
4090 void
4091 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4092     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4093 {
4094         void *a_cp, *b_cp;
4095         vm_page_t m_a, m_b;
4096         vm_paddr_t p_a, p_b;
4097         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4098         int cnt;
4099
4100         while (xfersize > 0) {
4101                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4102                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4103                 p_a = m_a->phys_addr;
4104                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4105                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4106                 p_b = m_b->phys_addr;
4107                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4108                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4109                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
4110                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
4111                 } else {
4112                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
4113                 }
4114                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
4115                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
4116                 } else {
4117                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
4118                 }
4119                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4120                 a_offset += cnt;
4121                 b_offset += cnt;
4122                 xfersize -= cnt;
4123         }
4124 }
4125
4126 vm_offset_t
4127 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
4128 {
4129
4130         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
4131 }
4132
4133 void
4134 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
4135 {
4136 }
4137
4138 /*
4139  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4140  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4141  * be changed upwards or downwards in the future; it
4142  * is only necessary that true be returned for a small
4143  * subset of pmaps for proper page aging.
4144  */
4145 boolean_t
4146 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4147 {
4148         struct md_page *pvh;
4149         struct rwlock *lock;
4150         pv_entry_t pv;
4151         int loops = 0;
4152         boolean_t rv;
4153
4154         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4155             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4156         rv = FALSE;
4157         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4158         rw_rlock(lock);
4159         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4160                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4161                         rv = TRUE;
4162                         break;
4163                 }
4164                 loops++;
4165                 if (loops >= 16)
4166                         break;
4167         }
4168         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4169                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4170                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4171                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4172                                 rv = TRUE;
4173                                 break;
4174                         }
4175                         loops++;
4176                         if (loops >= 16)
4177                                 break;
4178                 }
4179         }
4180         rw_runlock(lock);
4181         return (rv);
4182 }
4183
4184 /*
4185  *      pmap_page_wired_mappings:
4186  *
4187  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4188  *      that are wired.
4189  */
4190 int
4191 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4192 {
4193         struct rwlock *lock;
4194         struct md_page *pvh;
4195         pmap_t pmap;
4196         pt_entry_t *pte;
4197         pv_entry_t pv;
4198         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
4199
4200         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4201                 return (0);
4202         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4203         rw_rlock(lock);
4204 restart:
4205         count = 0;
4206         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4207                 pmap = PV_PMAP(pv);
4208                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4209                         md_gen = m->md.pv_gen;
4210                         rw_runlock(lock);
4211                         PMAP_LOCK(pmap);
4212                         rw_rlock(lock);
4213                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4214                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4215                                 goto restart;
4216                         }
4217                 }
4218                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4219                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4220                         count++;
4221                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4222         }
4223         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4224                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4225                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4226                         pmap = PV_PMAP(pv);
4227                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4228                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4229                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4230                                 rw_runlock(lock);
4231                                 PMAP_LOCK(pmap);
4232                                 rw_rlock(lock);
4233                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4234                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4235                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4236                                         goto restart;
4237                                 }
4238                         }
4239                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4240                         if (pte != NULL &&
4241                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4242                                 count++;
4243                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4244                 }
4245         }
4246         rw_runlock(lock);
4247         return (count);
4248 }
4249
4250 /*
4251  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
4252  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
4253  * caller.
4254  *
4255  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
4256  * is not intended for general use.  It is only to be used during
4257  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
4258  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
4259  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
4260  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
4261  * have to test and clear the page table entries atomically, because
4262  * no processor is currently accessing the user address space.  In
4263  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
4264  * this function starts.
4265  */
4266 void
4267 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4268 {
4269         pd_entry_t *pde;
4270         pt_entry_t *pte, tpte;
4271         struct spglist free;
4272         vm_page_t m, ml3, mt;
4273         pv_entry_t pv;
4274         struct md_page *pvh;
4275         struct pv_chunk *pc, *npc;
4276         struct rwlock *lock;
4277         int64_t bit;
4278         uint64_t inuse, bitmask;
4279         int allfree, field, freed, idx, lvl;
4280         vm_paddr_t pa;
4281
4282         lock = NULL;
4283
4284         SLIST_INIT(&free);
4285         PMAP_LOCK(pmap);
4286         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4287                 allfree = 1;
4288                 freed = 0;
4289                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4290                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4291                         while (inuse != 0) {
4292                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
4293                                 bitmask = 1UL << bit;
4294                                 idx = field * 64 + bit;
4295                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4296                                 inuse &= ~bitmask;
4297
4298                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4299                                 KASSERT(pde != NULL,
4300                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
4301
4302                                 switch(lvl) {
4303                                 case 1:
4304                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4305                                         tpte = pmap_load(pte); 
4306                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4307                                             L2_BLOCK,
4308                                             ("Attempting to remove an invalid "
4309                                             "block: %lx", tpte));
4310                                         tpte = pmap_load(pte);
4311                                         break;
4312                                 case 2:
4313                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4314                                         tpte = pmap_load(pte);
4315                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
4316                                             L3_PAGE,
4317                                             ("Attempting to remove an invalid "
4318                                              "page: %lx", tpte));
4319                                         break;
4320                                 default:
4321                                         panic(
4322                                             "Invalid page directory level: %d",
4323                                             lvl);
4324                                 }
4325
4326 /*
4327  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4328  */
4329                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
4330                                         allfree = 0;
4331                                         continue;
4332                                 }
4333
4334                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
4335
4336                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4337                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4338                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4339                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4340                                     (uintmax_t)tpte));
4341
4342                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4343                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4344                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
4345                                     (uintmax_t)tpte));
4346
4347                                 /*
4348                                  * Because this pmap is not active on other
4349                                  * processors, the dirty bit cannot have
4350                                  * changed state since we last loaded pte.
4351                                  */
4352                                 pmap_clear(pte);
4353
4354                                 /*
4355                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4356                                  */
4357                                 if (pmap_pte_dirty(tpte)) {
4358                                         switch (lvl) {
4359                                         case 1:
4360                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4361                                                         vm_page_dirty(mt);
4362                                                 break;
4363                                         case 2:
4364                                                 vm_page_dirty(m);
4365                                                 break;
4366                                         }
4367                                 }
4368
4369                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4370
4371                                 /* Mark free */
4372                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4373                                 switch (lvl) {
4374                                 case 1:
4375                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
4376                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
4377                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
4378                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
4379                                         pvh->pv_gen++;
4380                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4381                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4382                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4383                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4384                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4385                                         }
4386                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
4387                                             pv->pv_va);
4388                                         if (ml3 != NULL) {
4389                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4390                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
4391                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
4392                                                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
4393                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
4394                                                 ml3->wire_count = 0;
4395                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
4396                                                     &free, FALSE);
4397                                         }
4398                                         break;
4399                                 case 2:
4400                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4401                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
4402                                             pv_next);
4403                                         m->md.pv_gen++;
4404                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4405                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4406                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4407                                                 pvh = pa_to_pvh(
4408                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4409                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4410                                                         vm_page_aflag_clear(m,
4411                                                             PGA_WRITEABLE);
4412                                         }
4413                                         break;
4414                                 }
4415                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
4416                                     &free);
4417                                 freed++;
4418                         }
4419                 }
4420                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4421                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4422                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4423                 if (allfree) {
4424                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4425                         free_pv_chunk(pc);
4426                 }
4427         }
4428         pmap_invalidate_all(pmap);
4429         if (lock != NULL)
4430                 rw_wunlock(lock);
4431         PMAP_UNLOCK(pmap);
4432         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4433 }
4434
4435 /*
4436  * This is used to check if a page has been accessed or modified. As we
4437  * don't have a bit to see if it has been modified we have to assume it
4438  * has been if the page is read/write.
4439  */
4440 static boolean_t
4441 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
4442 {
4443         struct rwlock *lock;
4444         pv_entry_t pv;
4445         struct md_page *pvh;
4446         pt_entry_t *pte, mask, value;
4447         pmap_t pmap;
4448         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4449         boolean_t rv;
4450
4451         rv = FALSE;
4452         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4453         rw_rlock(lock);
4454 restart:
4455         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4456                 pmap = PV_PMAP(pv);
4457                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4458                         md_gen = m->md.pv_gen;
4459                         rw_runlock(lock);
4460                         PMAP_LOCK(pmap);
4461                         rw_rlock(lock);
4462                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4463                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4464                                 goto restart;
4465                         }
4466                 }
4467                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4468                 KASSERT(lvl == 3,
4469                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4470                 mask = 0;
4471                 value = 0;
4472                 if (modified) {
4473                         mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
4474                         value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
4475                 }
4476                 if (accessed) {
4477                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4478                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
4479                 }
4480                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4481                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4482                 if (rv)
4483                         goto out;
4484         }
4485         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4486                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4487                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4488                         pmap = PV_PMAP(pv);
4489                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4490                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4491                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4492                                 rw_runlock(lock);
4493                                 PMAP_LOCK(pmap);
4494                                 rw_rlock(lock);
4495                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4496                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4497                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4498                                         goto restart;
4499                                 }
4500                         }
4501                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4502                         KASSERT(lvl == 2,
4503                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
4504                         mask = 0;
4505                         value = 0;
4506                         if (modified) {
4507                                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
4508                                 value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
4509                         }
4510                         if (accessed) {
4511                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
4512                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
4513                         }
4514                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
4515                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4516                         if (rv)
4517                                 goto out;
4518                 }
4519         }
4520 out:
4521         rw_runlock(lock);
4522         return (rv);
4523 }
4524
4525 /*
4526  *      pmap_is_modified:
4527  *
4528  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4529  *      in any physical maps.
4530  */
4531 boolean_t
4532 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4533 {
4534
4535         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4536             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4537
4538         /*
4539          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4540          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4541          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4542          */
4543         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4544         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4545                 return (FALSE);
4546         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
4547 }
4548
4549 /*
4550  *      pmap_is_prefaultable:
4551  *
4552  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
4553  *      for prefault.
4554  */
4555 boolean_t
4556 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4557 {
4558         pt_entry_t *pte;
4559         boolean_t rv;
4560         int lvl;
4561
4562         rv = FALSE;
4563         PMAP_LOCK(pmap);
4564         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
4565         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
4566                 rv = TRUE;
4567         }
4568         PMAP_UNLOCK(pmap);
4569         return (rv);
4570 }
4571
4572 /*
4573  *      pmap_is_referenced:
4574  *
4575  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4576  *      in any physical maps.
4577  */
4578 boolean_t
4579 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4580 {
4581
4582         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4583             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4584         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
4585 }
4586
4587 /*
4588  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4589  */
4590 void
4591 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4592 {
4593         struct md_page *pvh;
4594         pmap_t pmap;
4595         struct rwlock *lock;
4596         pv_entry_t next_pv, pv;
4597         pt_entry_t oldpte, *pte;
4598         vm_offset_t va;
4599         int lvl, md_gen, pvh_gen;
4600
4601         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4602             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4603
4604         /*
4605          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4606          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4607          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4608          */
4609         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4610         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4611                 return;
4612         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4613         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4614             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4615 retry_pv_loop:
4616         rw_wlock(lock);
4617         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4618                 pmap = PV_PMAP(pv);
4619                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4620                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4621                         rw_wunlock(lock);
4622                         PMAP_LOCK(pmap);
4623                         rw_wlock(lock);
4624                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4625                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4626                                 rw_wunlock(lock);
4627                                 goto retry_pv_loop;
4628                         }
4629                 }
4630                 va = pv->pv_va;
4631                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4632                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
4633                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
4634                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4635                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4636                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4637                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4638         }
4639         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4640                 pmap = PV_PMAP(pv);
4641                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4642                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4643                         md_gen = m->md.pv_gen;
4644                         rw_wunlock(lock);
4645                         PMAP_LOCK(pmap);
4646                         rw_wlock(lock);
4647                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4648                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4649                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4650                                 rw_wunlock(lock);
4651                                 goto retry_pv_loop;
4652                         }
4653                 }
4654                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4655                 oldpte = pmap_load(pte);
4656 retry:
4657                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
4658                         if (!atomic_fcmpset_long(pte, &oldpte,
4659                             (oldpte | ATTR_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
4660                                 goto retry;
4661                         if ((oldpte & ATTR_AP_RW_BIT) ==
4662                             ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
4663                                 vm_page_dirty(m);
4664                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4665                 }
4666                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4667         }
4668         rw_wunlock(lock);
4669         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4670 }
4671
4672 /*
4673  *      pmap_ts_referenced:
4674  *
4675  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4676  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4677  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4678  *      reference bits set.
4679  *
4680  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4681  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4682  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4683  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4684  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4685  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4686  *      to pmap_is_modified().
4687  */
4688 int
4689 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4690 {
4691         struct md_page *pvh;
4692         pv_entry_t pv, pvf;
4693         pmap_t pmap;
4694         struct rwlock *lock;
4695         pd_entry_t *pde, tpde;
4696         pt_entry_t *pte, tpte;
4697         vm_offset_t va;
4698         vm_paddr_t pa;
4699         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
4700         struct spglist free;
4701
4702         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4703             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4704         SLIST_INIT(&free);
4705         cleared = 0;
4706         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4707         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4708         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4709         rw_wlock(lock);
4710 retry:
4711         not_cleared = 0;
4712         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4713                 goto small_mappings;
4714         pv = pvf;
4715         do {
4716                 if (pvf == NULL)
4717                         pvf = pv;
4718                 pmap = PV_PMAP(pv);
4719                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4720                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4721                         rw_wunlock(lock);
4722                         PMAP_LOCK(pmap);
4723                         rw_wlock(lock);
4724                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4725                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4726                                 goto retry;
4727                         }
4728                 }
4729                 va = pv->pv_va;
4730                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4731                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4732                 KASSERT(lvl == 1,
4733                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4734                 tpde = pmap_load(pde);
4735                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4736                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4737                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4738                 tpte = pmap_load(pte);
4739                 if (pmap_pte_dirty(tpte)) {
4740                         /*
4741                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4742                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4743                          * we only update the 4KB page under test.
4744                          */
4745                         vm_page_dirty(m);
4746                 }
4747
4748                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4749                         /*
4750                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
4751                          * it should not be cleared every time it is tested.
4752                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
4753                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
4754                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
4755                          * which testing the reference bit will result in
4756                          * clearing that reference bit.  This function is
4757                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
4758                          * for every 2MB page mapping.
4759                          *
4760                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4761                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4762                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4763                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4764                          * since the superpage is wired, the current state of
4765                          * its reference bit won't affect page replacement.
4766                          */
4767                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4768                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4769                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4770                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
4771                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4772                                 cleared++;
4773                         } else
4774                                 not_cleared++;
4775                 }
4776                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4777                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4778                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4779                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4780                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4781                         pvh->pv_gen++;
4782                 }
4783                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4784                         goto out;
4785         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4786 small_mappings:
4787         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4788                 goto out;
4789         pv = pvf;
4790         do {
4791                 if (pvf == NULL)
4792                         pvf = pv;
4793                 pmap = PV_PMAP(pv);
4794                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4795                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4796                         md_gen = m->md.pv_gen;
4797                         rw_wunlock(lock);
4798                         PMAP_LOCK(pmap);
4799                         rw_wlock(lock);
4800                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4801                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4802                                 goto retry;
4803                         }
4804                 }
4805                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4806                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4807                 KASSERT(lvl == 2,
4808                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4809                 tpde = pmap_load(pde);
4810                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4811                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4812                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4813                 tpte = pmap_load(pte);
4814                 if (pmap_pte_dirty(tpte))
4815                         vm_page_dirty(m);
4816                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4817                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4818                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
4819                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4820                                 cleared++;
4821                         } else
4822                                 not_cleared++;
4823                 }
4824                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4825                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4826                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4827                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4828                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4829                         m->md.pv_gen++;
4830                 }
4831         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4832             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4833 out:
4834         rw_wunlock(lock);
4835         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4836         return (cleared + not_cleared);
4837 }
4838
4839 /*
4840  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4841  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4842  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4843  */
4844 void
4845 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4846 {
4847         struct rwlock *lock;
4848         vm_offset_t va, va_next;
4849         vm_page_t m;
4850         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
4851         pt_entry_t *l3, oldl3;
4852
4853         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
4854                 return;
4855
4856         PMAP_LOCK(pmap);
4857         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4858                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4859                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4860                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4861                         if (va_next < sva)
4862                                 va_next = eva;
4863                         continue;
4864                 }
4865                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4866                 if (pmap_load(l1) == 0) {
4867                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4868                         if (va_next < sva)
4869                                 va_next = eva;
4870                         continue;
4871                 }
4872                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4873                 if (va_next < sva)
4874                         va_next = eva;
4875                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4876                 oldl2 = pmap_load(l2);
4877                 if (oldl2 == 0)
4878                         continue;
4879                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4880                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
4881                                 continue;
4882                         lock = NULL;
4883                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
4884                                 if (lock != NULL)
4885                                         rw_wunlock(lock);
4886
4887                                 /*
4888                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
4889                                  */
4890                                 continue;
4891                         }
4892
4893                         /*
4894                          * Unless the page mappings are wired, remove the
4895                          * mapping to a single page so that a subsequent
4896                          * access may repromote.  Choosing the last page
4897                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
4898                          * generally results in more repromotions.  Since the
4899                          * underlying page table page is fully populated, this
4900                          * removal never frees a page table page.
4901                          */
4902                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4903                                 va = eva;
4904                                 if (va > va_next)
4905                                         va = va_next;
4906                                 va -= PAGE_SIZE;
4907                                 KASSERT(va >= sva,
4908                                     ("pmap_advise: no address gap"));
4909                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4910                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
4911                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
4912                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
4913                                     NULL, &lock);
4914                         }
4915                         if (lock != NULL)
4916                                 rw_wunlock(lock);
4917                 }
4918                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4919                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
4920                 if (va_next > eva)
4921                         va_next = eva;
4922                 va = va_next;
4923                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4924                     sva += L3_SIZE) {
4925                         oldl3 = pmap_load(l3);
4926                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
4927                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
4928                                 goto maybe_invlrng;
4929                         else if (pmap_pte_dirty(oldl3)) {
4930                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
4931                                         /*
4932                                          * Future calls to pmap_is_modified()
4933                                          * can be avoided by making the page
4934                                          * dirty now.
4935                                          */
4936                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
4937                                         vm_page_dirty(m);
4938                                 }
4939                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
4940                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
4941                                         cpu_spinwait();
4942                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
4943                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
4944                         else
4945                                 goto maybe_invlrng;
4946                         if (va == va_next)
4947                                 va = sva;
4948                         continue;
4949 maybe_invlrng:
4950                         if (va != va_next) {
4951                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4952                                 va = va_next;
4953                         }
4954                 }
4955                 if (va != va_next)
4956                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4957         }
4958         PMAP_UNLOCK(pmap);
4959 }
4960
4961 /*
4962  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4963  */
4964 void
4965 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4966 {
4967         struct md_page *pvh;
4968         struct rwlock *lock;
4969         pmap_t pmap;
4970         pv_entry_t next_pv, pv;
4971         pd_entry_t *l2, oldl2;
4972         pt_entry_t *l3, oldl3;
4973         vm_offset_t va;
4974         int md_gen, pvh_gen;
4975
4976         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4977             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4978         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4979         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
4980             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
4981
4982         /*
4983          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have ATTR_SW_DBM
4984          * set.  If the object containing the page is locked and the page is not
4985          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4986          */
4987         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4988                 return;
4989         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4990             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4991         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4992         rw_wlock(lock);
4993 restart:
4994         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4995                 pmap = PV_PMAP(pv);
4996                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4997                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4998                         rw_wunlock(lock);
4999                         PMAP_LOCK(pmap);
5000                         rw_wlock(lock);
5001                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5002                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5003                                 goto restart;
5004                         }
5005                 }
5006                 va = pv->pv_va;
5007                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
5008                 oldl2 = pmap_load(l2);
5009                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
5010                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
5011                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
5012                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5013                         /*
5014                          * Write protect the mapping to a single page so that
5015                          * a subsequent write access may repromote.
5016                          */
5017                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
5018                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5019                         oldl3 = pmap_load(l3);
5020                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5021                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
5022                                 cpu_spinwait();
5023                         vm_page_dirty(m);
5024                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5025                 }
5026                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5027         }
5028         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5029                 pmap = PV_PMAP(pv);
5030                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5031                         md_gen = m->md.pv_gen;
5032                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5033                         rw_wunlock(lock);
5034                         PMAP_LOCK(pmap);
5035                         rw_wlock(lock);
5036                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5037                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5038                                 goto restart;
5039                         }
5040                 }
5041                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
5042                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
5043                 oldl3 = pmap_load(l3);
5044                 if (pmap_l3_valid(oldl3) &&
5045                     (oldl3 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM) {
5046                         pmap_set_bits(l3, ATTR_AP(ATTR_AP_RO));
5047                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5048                 }
5049                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5050         }
5051         rw_wunlock(lock);
5052 }
5053
5054 void *
5055 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5056 {
5057         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5058         vm_offset_t va, offset;
5059         pd_entry_t *pde;
5060         pt_entry_t *l2;
5061         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
5062
5063         if (!vm_initialized) {
5064                 /*
5065                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
5066                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
5067                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
5068                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
5069                  */
5070                  if (size == 0)
5071                          return (NULL);
5072
5073                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
5074                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
5075                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5076
5077                 offset = pa & L2_OFFSET;
5078
5079                 if (preinit_map_va == 0)
5080                         return (NULL);
5081
5082                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
5083
5084                 free_l2_count = 0;
5085                 start_idx = -1;
5086                 /* Find enough free contiguous VA space */
5087                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5088                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5089                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
5090                                 /* Not enough space here */
5091                                 free_l2_count = 0;
5092                                 start_idx = -1;
5093                                 continue;
5094                         }
5095
5096                         if (ppim->pa == 0) {
5097                                 /* Free L2 block */
5098                                 if (start_idx == -1)
5099                                         start_idx = i;
5100                                 free_l2_count++;
5101                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
5102                                         break;
5103                         }
5104                 }
5105                 if (free_l2_count != l2_blocks)
5106                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5107
5108                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5109                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
5110                         /* Mark entries as allocated */
5111                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5112                         ppim->pa = pa;
5113                         ppim->va = va + offset;
5114                         ppim->size = size;
5115                 }
5116
5117                 /* Map L2 blocks */
5118                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
5119                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
5120                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5121                         KASSERT(pde != NULL,
5122                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5123                             va));
5124                         KASSERT(lvl == 1,
5125                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5126
5127                         /* Insert L2_BLOCK */
5128                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5129                         pmap_load_store(l2,
5130                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
5131                             ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
5132
5133                         va += L2_SIZE;
5134                         pa += L2_SIZE;
5135                 }
5136                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5137
5138                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
5139
5140         } else {
5141                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
5142                 offset = pa & PAGE_MASK;
5143                 size = round_page(offset + size);
5144
5145                 va = kva_alloc(size);
5146                 if (va == 0)
5147                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5148
5149                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5150                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
5151
5152                 /* L3 table is linked */
5153                 va = trunc_page(va);
5154                 pa = trunc_page(pa);
5155                 pmap_kenter(va, size, pa, CACHED_MEMORY);
5156         }
5157
5158         return ((void *)(va + offset));
5159 }
5160
5161 void
5162 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5163 {
5164         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5165         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
5166         pd_entry_t *pde;
5167         pt_entry_t *l2;
5168         int i, lvl, l2_blocks, block;
5169         bool preinit_map;
5170
5171         l2_blocks =
5172            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
5173         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
5174
5175         /* Remove preinit mapping */
5176         preinit_map = false;
5177         block = 0;
5178         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5179                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5180                 if (ppim->va == va) {
5181                         KASSERT(ppim->size == size,
5182                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
5183                         ppim->va = 0;
5184                         ppim->pa = 0;
5185                         ppim->size = 0;
5186                         preinit_map = true;
5187                         offset = block * L2_SIZE;
5188                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
5189
5190                         /* Remove L2_BLOCK */
5191                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
5192                         KASSERT(pde != NULL,
5193                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5194                             va_trunc));
5195                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
5196                         pmap_clear(l2);
5197
5198                         if (block == (l2_blocks - 1))
5199                                 break;
5200                         block++;
5201                 }
5202         }
5203         if (preinit_map) {
5204                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
5205                 return;
5206         }
5207
5208         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
5209         if (vm_initialized) {
5210                 offset = va & PAGE_MASK;
5211                 size = round_page(offset + size);
5212                 va = trunc_page(va);
5213
5214                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5215                 KASSERT(pde != NULL,
5216                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
5217                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
5218
5219                 /* Unmap and invalidate the pages */
5220                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5221                         pmap_kremove(va + tmpsize);
5222
5223                 kva_free(va, size);
5224         }
5225 }
5226
5227 /*
5228  * Sets the memory attribute for the specified page.
5229  */
5230 void
5231 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5232 {
5233
5234         m->md.pv_memattr = ma;
5235
5236         /*
5237          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5238          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5239          * required for data coherence.
5240          */
5241         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5242             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5243             m->md.pv_memattr) != 0)
5244                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5245 }
5246
5247 /*
5248  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5249  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5250  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5251  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5252  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5253  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5254  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5255  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5256  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5257  * same physical page have different memory types.
5258  *
5259  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5260  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5261  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5262  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5263  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5264  * virtual address range or the direct map.
5265  */
5266 static int
5267 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5268 {
5269         int error;
5270
5271         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5272         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5273         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5274         return (error);
5275 }
5276
5277 static int
5278 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5279 {
5280         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5281         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
5282         int lvl;
5283
5284         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5285         base = trunc_page(va);
5286         offset = va & PAGE_MASK;
5287         size = round_page(offset + size);
5288
5289         if (!VIRT_IN_DMAP(base))
5290                 return (EINVAL);
5291
5292         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5293                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
5294                 if (pte == NULL)
5295                         return (EINVAL);
5296
5297                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_IDX_MASK) == ATTR_IDX(mode)) {
5298                         /*
5299                          * We already have the correct attribute,
5300                          * ignore this entry.
5301                          */
5302                         switch (lvl) {
5303                         default:
5304                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5305                         case 1:
5306                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
5307                                 break;
5308                         case 2:
5309                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
5310                                 break;
5311                         case 3:
5312                                 tmpva += PAGE_SIZE;
5313                                 break;
5314                         }
5315                 } else {
5316                         /*
5317                          * Split the entry to an level 3 table, then
5318                          * set the new attribute.
5319                          */
5320                         switch (lvl) {
5321                         default:
5322                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
5323                         case 1:
5324                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
5325                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
5326                                 if (newpte == NULL)
5327                                         return (EINVAL);
5328                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
5329                         case 2:
5330                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
5331                                     tmpva);
5332                                 if (newpte == NULL)
5333                                         return (EINVAL);
5334                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
5335                         case 3:
5336                                 /* Update the entry */
5337                                 l3 = pmap_load(pte);
5338                                 l3 &= ~ATTR_IDX_MASK;
5339                                 l3 |= ATTR_IDX(mode);
5340                                 if (mode == DEVICE_MEMORY)
5341                                         l3 |= ATTR_XN;
5342
5343                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
5344                                     PAGE_SIZE);
5345
5346                                 /*
5347                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
5348                                  * the cache.
5349                                  */
5350                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
5351                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
5352
5353                                 break;
5354                         }
5355                         tmpva += PAGE_SIZE;
5356                 }
5357         }
5358
5359         return (0);
5360 }
5361
5362 /*
5363  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
5364  */
5365 static pt_entry_t *
5366 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
5367 {
5368         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
5369         vm_offset_t tmpl1;
5370         vm_paddr_t l2phys, phys;
5371         vm_page_t ml2;
5372         int i;
5373
5374         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5375         oldl1 = pmap_load(l1);
5376         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
5377             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
5378         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
5379             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
5380         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
5381             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
5382
5383         tmpl1 = 0;
5384         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
5385                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5386                 if (tmpl1 == 0)
5387                         return (NULL);
5388         }
5389
5390         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5391             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5392                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
5393                     " in pmap %p", va, pmap);
5394                 return (NULL);
5395         }
5396
5397         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
5398         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
5399
5400         /* Address the range points at */
5401         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
5402         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
5403         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
5404
5405         /* Create the new entries */
5406         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
5407                 l2[i] = newl2 | phys;
5408                 phys += L2_SIZE;
5409         }
5410         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
5411             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
5412             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
5413
5414         if (tmpl1 != 0) {
5415                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
5416                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
5417                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
5418         }
5419
5420         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5421
5422         if (tmpl1 != 0) {
5423                 pmap_kremove(tmpl1);
5424                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
5425         }
5426
5427         return (l2);
5428 }
5429
5430 static void
5431 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
5432 {
5433         pt_entry_t *l3;
5434
5435         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
5436                 *l3 = newl3;
5437                 newl3 += L3_SIZE;
5438         }
5439 }
5440
5441 static void
5442 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
5443     struct rwlock **lockp)
5444 {
5445         struct spglist free;
5446
5447         SLIST_INIT(&free);
5448         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
5449             lockp);
5450         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5451 }
5452
5453 /*
5454  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
5455  */
5456 static pt_entry_t *
5457 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
5458     struct rwlock **lockp)
5459 {
5460         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
5461         vm_offset_t tmpl2;
5462         vm_paddr_t l3phys;
5463         vm_page_t ml3;
5464
5465         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5466         l3 = NULL;
5467         oldl2 = pmap_load(l2);
5468         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
5469             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
5470         va &= ~L2_OFFSET;
5471
5472         tmpl2 = 0;
5473         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
5474                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
5475                 if (tmpl2 == 0)
5476                         return (NULL);
5477         }
5478
5479         /*
5480          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5481          * mapping was never accessed.
5482          */
5483         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
5484                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5485                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
5486                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5487                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
5488                     va, pmap);
5489                 goto fail;
5490         }
5491
5492         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
5493                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
5494                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
5495                     " is missing"));
5496
5497                 /*
5498                  * If the page table page is missing and the mapping
5499                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5500                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5501                  * for every other part of the kernel address space,
5502                  * so the direct map region is the only part of the
5503                  * kernel address space that must be handled here.
5504                  */
5505                 KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS || VIRT_IN_DMAP(va),
5506                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
5507
5508                 /*
5509                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5510                  * region of the kernel's address space, then the page
5511                  * allocation request specifies the highest possible
5512                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5513                  * priority is normal.
5514                  */
5515                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
5516                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5517                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5518
5519                 /*
5520                  * If the allocation of the new page table page fails,
5521                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5522                  */
5523                 if (ml3 == NULL) {
5524                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
5525                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
5526                             " in pmap %p", va, pmap);
5527                         goto fail;
5528                 }
5529
5530                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5531                         ml3->wire_count = NL3PG;
5532                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5533                 }
5534         }
5535         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
5536         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
5537         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
5538         KASSERT((oldl2 & (ATTR_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
5539             (ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
5540             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
5541
5542         /*
5543          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5544          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
5545          *
5546          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
5547          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
5548          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
5549          */
5550         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
5551                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
5552
5553         /*
5554          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
5555          */
5556         if (tmpl2 != 0) {
5557                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
5558                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
5559                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
5560         }
5561
5562         /*
5563          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5564          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5565          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
5566          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5567          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
5568          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5569          */
5570         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5571                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
5572
5573         /*
5574          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
5575          * the 2MB page mapping.
5576          */
5577         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
5578
5579         /*
5580          * Demote the PV entry.
5581          */
5582         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5583                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
5584
5585         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
5586         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
5587             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
5588
5589 fail:
5590         if (tmpl2 != 0) {
5591                 pmap_kremove(tmpl2);
5592                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
5593         }
5594
5595         return (l3);
5596
5597 }
5598
5599 static pt_entry_t *
5600 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
5601 {
5602         struct rwlock *lock;
5603         pt_entry_t *l3;
5604
5605         lock = NULL;
5606         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
5607         if (lock != NULL)
5608                 rw_wunlock(lock);
5609         return (l3);
5610 }
5611
5612 /*
5613  * perform the pmap work for mincore
5614  */
5615 int
5616 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5617 {
5618         pt_entry_t *pte, tpte;
5619         vm_paddr_t mask, pa;
5620         int lvl, val;
5621         bool managed;
5622
5623         PMAP_LOCK(pmap);
5624 retry:
5625         val = 0;
5626         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5627         if (pte != NULL) {
5628                 tpte = pmap_load(pte);
5629
5630                 switch (lvl) {
5631                 case 3:
5632                         mask = L3_OFFSET;
5633                         break;
5634                 case 2:
5635                         mask = L2_OFFSET;
5636                         break;
5637                 case 1:
5638                         mask = L1_OFFSET;
5639                         break;
5640                 default:
5641                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
5642                 }
5643
5644                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
5645                 val = MINCORE_INCORE;
5646                 if (lvl != 3)
5647                         val |= MINCORE_SUPER;
5648                 if ((managed && pmap_pte_dirty(tpte)) || (!managed &&
5649                     (tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)))
5650                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5651                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
5652                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5653
5654                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
5655         } else
5656                 managed = false;
5657
5658         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5659             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
5660                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5661                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5662                         goto retry;
5663         } else
5664                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5665         PMAP_UNLOCK(pmap);
5666
5667         return (val);
5668 }
5669
5670 void
5671 pmap_activate(struct thread *td)
5672 {
5673         pmap_t  pmap;
5674
5675         critical_enter();
5676         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5677         td->td_proc->p_md.md_l0addr = vtophys(pmap->pm_l0);
5678         __asm __volatile(
5679             "msr ttbr0_el1, %0  \n"
5680             "isb                \n"
5681             : : "r"(td->td_proc->p_md.md_l0addr));
5682         pmap_invalidate_all(pmap);
5683         critical_exit();
5684 }
5685
5686 struct pcb *
5687 pmap_switch(struct thread *old, struct thread *new)
5688 {
5689         pcpu_bp_harden bp_harden;
5690         struct pcb *pcb;
5691
5692         /* Store the new curthread */
5693         PCPU_SET(curthread, new);
5694
5695         /* And the new pcb */
5696         pcb = new->td_pcb;
5697         PCPU_SET(curpcb, pcb);
5698
5699         /*
5700          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
5701          * to a user process.
5702          */
5703
5704         if (old == NULL ||
5705             old->td_proc->p_md.md_l0addr != new->td_proc->p_md.md_l0addr) {
5706                 __asm __volatile(
5707                     /* Switch to the new pmap */
5708                     "msr        ttbr0_el1, %0   \n"
5709                     "isb                        \n"
5710
5711                     /* Invalidate the TLB */
5712                     "dsb        ishst           \n"
5713                     "tlbi       vmalle1is       \n"
5714                     "dsb        ish             \n"
5715                     "isb                        \n"
5716                     : : "r"(new->td_proc->p_md.md_l0addr));
5717
5718                 /*
5719                  * Stop userspace from training the branch predictor against
5720                  * other processes. This will call into a CPU specific
5721                  * function that clears the branch predictor state.
5722                  */
5723                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
5724                 if (bp_harden != NULL)
5725                         bp_harden();
5726         }
5727
5728         return (pcb);
5729 }
5730
5731 void
5732 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5733 {
5734
5735         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5736                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
5737         } else {
5738                 u_int len, offset;
5739                 vm_paddr_t pa;
5740
5741                 /* Find the length of data in this page to flush */
5742                 offset = va & PAGE_MASK;
5743                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
5744
5745                 while (sz != 0) {
5746                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
5747                         pa = pmap_extract(pmap, va);
5748                         if (pa != 0)
5749                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
5750
5751                         /* Move to the next page */
5752                         sz -= len;
5753                         va += len;
5754                         /* Set the length for the next iteration */
5755                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
5756                 }
5757         }
5758 }
5759
5760 int
5761 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
5762 {
5763         pt_entry_t pte, *ptep;
5764         register_t intr;
5765         uint64_t ec, par;
5766         int lvl, rv;
5767
5768         rv = KERN_FAILURE;
5769
5770         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
5771         switch (ec) {
5772         case EXCP_INSN_ABORT_L:
5773         case EXCP_INSN_ABORT:
5774         case EXCP_DATA_ABORT_L:
5775         case EXCP_DATA_ABORT:
5776                 break;
5777         default:
5778                 return (rv);
5779         }
5780
5781         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
5782         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
5783         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
5784         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
5785         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
5786                 PMAP_LOCK(pmap);
5787                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
5788                 if (ptep != NULL) {
5789                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
5790                         rv = KERN_SUCCESS;
5791                         /*
5792                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
5793                          * dirty if this is a write fault.
5794                          */
5795                 }
5796                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5797                 break;
5798         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
5799         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
5800         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
5801                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
5802                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
5803                         return (rv);
5804                 PMAP_LOCK(pmap);
5805                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
5806                 if (ptep != NULL &&
5807                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5808                         if ((pte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RO)) {
5809                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_AP_RW_BIT);
5810                                 pmap_invalidate_page(pmap, far);
5811                         }
5812                         rv = KERN_SUCCESS;
5813                 }
5814                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5815                 break;
5816         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
5817         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
5818         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
5819         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
5820                 PMAP_LOCK(pmap);
5821                 /* Ask the MMU to check the address */
5822                 intr = intr_disable();
5823                 if (pmap == kernel_pmap)
5824                         par = arm64_address_translate_s1e1r(far);
5825                 else
5826                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
5827                 intr_restore(intr);
5828                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5829
5830                 /*
5831                  * If the translation was successful the address was invalid
5832                  * due to a break-before-make sequence. We can unlock and
5833                  * return success to the trap handler.
5834                  */
5835                 if (PAR_SUCCESS(par))
5836                         rv = KERN_SUCCESS;
5837                 break;
5838         }
5839
5840         return (rv);
5841 }
5842
5843 /*
5844  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5845  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5846  */
5847 void
5848 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5849     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5850 {
5851         vm_offset_t superpage_offset;
5852
5853         if (size < L2_SIZE)
5854                 return;
5855         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5856                 offset += ptoa(object->pg_color);
5857         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
5858         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
5859             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
5860                 return;
5861         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
5862                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
5863         else
5864                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
5865 }
5866
5867 /**
5868  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
5869  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
5870  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
5871  *
5872  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
5873  *                    address on the kernel memory map.
5874  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
5875  *                    of the pages passed in the page parameter.
5876  * \param count       Number of pages passed in.
5877  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
5878  *                    page faults, FALSE otherwise.
5879  *
5880  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
5881  *          finished or FALSE otherwise.
5882  *
5883  */
5884 boolean_t
5885 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
5886     boolean_t can_fault)
5887 {
5888         vm_paddr_t paddr;
5889         boolean_t needs_mapping;
5890         int error, i;
5891
5892         /*
5893          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
5894          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
5895          */
5896         needs_mapping = FALSE;
5897         for (i = 0; i < count; i++) {
5898                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5899                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
5900                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
5901                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
5902                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
5903                         needs_mapping = TRUE;
5904                 } else {
5905                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
5906                 }
5907         }
5908
5909         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
5910         if (!needs_mapping)
5911                 return (FALSE);
5912
5913         if (!can_fault)
5914                 sched_pin();
5915         for (i = 0; i < count; i++) {
5916                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5917                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
5918                         panic(
5919                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
5920                 }
5921         }
5922
5923         return (needs_mapping);
5924 }
5925
5926 void
5927 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
5928     boolean_t can_fault)
5929 {
5930         vm_paddr_t paddr;
5931         int i;
5932
5933         if (!can_fault)
5934                 sched_unpin();
5935         for (i = 0; i < count; i++) {
5936                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5937                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
5938                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
5939                 }
5940         }
5941 }
5942
5943 boolean_t
5944 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
5945 {
5946
5947         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
5948 }