]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
pmap_{un}map_io_transient: Use bool instead of boolean_t.
[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/asan.h>
112 #include <sys/bitstring.h>
113 #include <sys/bus.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/limits.h>
118 #include <sys/lock.h>
119 #include <sys/malloc.h>
120 #include <sys/mman.h>
121 #include <sys/msgbuf.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/physmem.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rwlock.h>
126 #include <sys/sbuf.h>
127 #include <sys/sx.h>
128 #include <sys/vmem.h>
129 #include <sys/vmmeter.h>
130 #include <sys/sched.h>
131 #include <sys/sysctl.h>
132 #include <sys/_unrhdr.h>
133 #include <sys/smp.h>
134
135 #include <vm/vm.h>
136 #include <vm/vm_param.h>
137 #include <vm/vm_kern.h>
138 #include <vm/vm_page.h>
139 #include <vm/vm_map.h>
140 #include <vm/vm_object.h>
141 #include <vm/vm_extern.h>
142 #include <vm/vm_pageout.h>
143 #include <vm/vm_pager.h>
144 #include <vm/vm_phys.h>
145 #include <vm/vm_radix.h>
146 #include <vm/vm_reserv.h>
147 #include <vm/vm_dumpset.h>
148 #include <vm/uma.h>
149
150 #include <machine/asan.h>
151 #include <machine/machdep.h>
152 #include <machine/md_var.h>
153 #include <machine/pcb.h>
154
155 #ifdef NUMA
156 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
157 #else
158 #define PMAP_MEMDOM     1
159 #endif
160
161 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
162 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
163
164 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
165 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
166 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
167 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
168
169 #define NUL0E           L0_ENTRIES
170 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
171 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
172
173 #if !defined(DIAGNOSTIC)
174 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
175 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
176 #else
177 #define PMAP_INLINE     extern inline
178 #endif
179 #else
180 #define PMAP_INLINE
181 #endif
182
183 #ifdef PV_STATS
184 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
185 #define __pvused
186 #else
187 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
188 #define __pvused        __unused
189 #endif
190
191 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
192 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
193 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
194
195 #define PMAP_SAN_PTE_BITS       (ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |    \
196         ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
197
198 struct pmap_large_md_page {
199         struct rwlock   pv_lock;
200         struct md_page  pv_page;
201         /* Pad to a power of 2, see pmap_init_pv_table(). */
202         int             pv_pad[2];
203 };
204
205 static struct pmap_large_md_page *
206 _pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
207 {
208         struct vm_phys_seg *seg;
209         int segind;
210
211         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
212                 seg = &vm_phys_segs[segind];
213                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
214                         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
215                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
216         }
217         return (NULL);
218 }
219
220 static struct pmap_large_md_page *
221 pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
222 {
223         struct pmap_large_md_page *pvd;
224
225         pvd = _pa_to_pmdp(pa);
226         if (pvd == NULL)
227                 panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
228         return (pvd);
229 }
230
231 static struct pmap_large_md_page *
232 page_to_pmdp(vm_page_t m)
233 {
234         struct vm_phys_seg *seg;
235
236         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
237         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
238             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
239 }
240
241 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
242 #define page_to_pvh(m)  (&(page_to_pmdp(m)->pv_page))
243
244 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
245         struct pmap_large_md_page *_pvd;                        \
246         struct rwlock *_lock;                                   \
247         _pvd = _pa_to_pmdp(pa);                                 \
248         if (__predict_false(_pvd == NULL))                      \
249                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
250         else                                                    \
251                 _lock = &(_pvd->pv_lock);                       \
252         _lock;                                                  \
253 })
254
255 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
256         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
257         struct rwlock *_new_lock;                       \
258                                                         \
259         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
260         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
261                 if (*_lockp != NULL)                    \
262                         rw_wunlock(*_lockp);            \
263                 *_lockp = _new_lock;                    \
264                 rw_wlock(*_lockp);                      \
265         }                                               \
266 } while (0)
267
268 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
269                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
270
271 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
272         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
273                                                         \
274         if (*_lockp != NULL) {                          \
275                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
276                 *_lockp = NULL;                         \
277         }                                               \
278 } while (0)
279
280 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
281                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
282
283 /*
284  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
285  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
286  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
287  *
288  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
289  * as a software managed bit.
290  */
291 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
292
293 struct pmap kernel_pmap_store;
294
295 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
296 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
297 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
298 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
299 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
300
301 /*
302  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
303  * Always map entire L2 block for simplicity.
304  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
305  */
306 static struct pmap_preinit_mapping {
307         vm_paddr_t      pa;
308         vm_offset_t     va;
309         vm_size_t       size;
310 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
311
312 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
313 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
314 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
315
316 /*
317  * Data for the pv entry allocation mechanism.
318  */
319 #ifdef NUMA
320 static __inline int
321 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
322 {
323         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
324 }
325 #else
326 static __inline int
327 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
328 {
329         return (0);
330 }
331 #endif
332
333 struct pv_chunks_list {
334         struct mtx pvc_lock;
335         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
336         int active_reclaims;
337 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
338
339 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
340
341 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
342 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
343 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
344 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
345
346 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
347 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
348 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
349
350 extern pt_entry_t pagetable_l0_ttbr1[];
351
352 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
353 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
354 static u_int physmap_idx;
355
356 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
357     "VM/pmap parameters");
358
359 #if PAGE_SIZE == PAGE_SIZE_4K
360 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     1
361 #else
362 /* TODO: Make this dynamic when we support FEAT_LPA2 (TCR_EL1.DS == 1) */
363 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     0
364 #endif
365
366 #define PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED MPASS(L1_BLOCKS_SUPPORTED)
367
368 /*
369  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
370  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
371  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
372  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
373  * ASIDs that are not currently active on a processor.
374  *
375  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
376  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
377  * below.
378  */
379 struct asid_set {
380         int asid_bits;
381         bitstr_t *asid_set;
382         int asid_set_size;
383         int asid_next;
384         int asid_epoch;
385         struct mtx asid_set_mutex;
386 };
387
388 static struct asid_set asids;
389 static struct asid_set vmids;
390
391 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
392     "ASID allocator");
393 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
394     "The number of bits in an ASID");
395 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
396     "The last allocated ASID plus one");
397 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
398     "The current epoch number");
399
400 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
401 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
402     "The number of bits in an VMID");
403 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
404     "The last allocated VMID plus one");
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
406     "The current epoch number");
407
408 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
409 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
410 void (*pmap_stage2_invalidate_range)(uint64_t, vm_offset_t, vm_offset_t, bool);
411 void (*pmap_stage2_invalidate_all)(uint64_t);
412
413 /*
414  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
415  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
416  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
417  *
418  * An invalid ASID is represented by -1.
419  *
420  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
421  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
422  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
423  * allocated when the pmap is next activated.
424  */
425 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
426                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
427 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
428 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
429
430 #define TLBI_VA_SHIFT                   12
431 #define TLBI_VA_MASK                    ((1ul << 44) - 1)
432 #define TLBI_VA(addr)                   (((addr) >> TLBI_VA_SHIFT) & TLBI_VA_MASK)
433 #define TLBI_VA_L3_INCR                 (L3_SIZE >> TLBI_VA_SHIFT)
434
435 static int superpages_enabled = 1;
436 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
437     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
438     "Are large page mappings enabled?");
439
440 /*
441  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
442  */
443 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
444 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
445
446 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
447
448 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
449 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
450 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
451 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
452 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
453 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
454 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
455                     vm_offset_t va);
456
457 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
458 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
459 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
460 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
461     vm_prot_t prot, int mode, bool skip_unmapped);
462 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
463 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
464     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
465 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
466 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
467     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
468 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
469     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
470 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
471     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
472 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
473     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
474 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
475 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
476     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
477
478 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
479                 struct rwlock **lockp);
480
481 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
482     struct spglist *free);
483 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
484 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
485
486 /*
487  * These load the old table data and store the new value.
488  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
489  * the same time as the CPU.
490  */
491 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
492 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
493 #define pmap_load(table)                (*table)
494 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
495 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
496 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
497 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
498
499 /********************/
500 /* Inline functions */
501 /********************/
502
503 static __inline void
504 pagecopy(void *s, void *d)
505 {
506
507         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
508 }
509
510 static __inline pd_entry_t *
511 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
512 {
513
514         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
515 }
516
517 static __inline pd_entry_t *
518 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
519 {
520         pd_entry_t *l1;
521
522         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
523         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
524 }
525
526 static __inline pd_entry_t *
527 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
528 {
529         pd_entry_t *l0;
530
531         l0 = pmap_l0(pmap, va);
532         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
533                 return (NULL);
534
535         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
536 }
537
538 static __inline pd_entry_t *
539 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
540 {
541         pd_entry_t l1, *l2p;
542
543         l1 = pmap_load(l1p);
544
545         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
546             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
547         /*
548          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
549          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
550          */
551         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
552             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
553         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
554             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
555         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
556         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
557 }
558
559 static __inline pd_entry_t *
560 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
561 {
562         pd_entry_t *l1;
563
564         l1 = pmap_l1(pmap, va);
565         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
566                 return (NULL);
567
568         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
569 }
570
571 static __inline pt_entry_t *
572 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
573 {
574         pd_entry_t l2;
575         pt_entry_t *l3p;
576
577         l2 = pmap_load(l2p);
578
579         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
580             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
581         /*
582          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
583          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
584          */
585         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
586             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
587         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
588             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
589         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
590         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
591 }
592
593 /*
594  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
595  * The next level may or may not point to a valid page or block.
596  */
597 static __inline pd_entry_t *
598 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
599 {
600         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
601
602         l0 = pmap_l0(pmap, va);
603         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
604         if (desc != L0_TABLE) {
605                 *level = -1;
606                 return (NULL);
607         }
608
609         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
610         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
611         if (desc != L1_TABLE) {
612                 *level = 0;
613                 return (l0);
614         }
615
616         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
617         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
618         if (desc != L2_TABLE) {
619                 *level = 1;
620                 return (l1);
621         }
622
623         *level = 2;
624         return (l2);
625 }
626
627 /*
628  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
629  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
630  * the first invalid level.
631  */
632 static __inline pt_entry_t *
633 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
634 {
635         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
636         pt_entry_t *l3;
637
638         l1 = pmap_l1(pmap, va);
639         if (l1 == NULL) {
640                 *level = 0;
641                 return (NULL);
642         }
643         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
644         if (desc == L1_BLOCK) {
645                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
646                 *level = 1;
647                 return (l1);
648         }
649
650         if (desc != L1_TABLE) {
651                 *level = 1;
652                 return (NULL);
653         }
654
655         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
656         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
657         if (desc == L2_BLOCK) {
658                 *level = 2;
659                 return (l2);
660         }
661
662         if (desc != L2_TABLE) {
663                 *level = 2;
664                 return (NULL);
665         }
666
667         *level = 3;
668         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
669         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
670                 return (NULL);
671
672         return (l3);
673 }
674
675 /*
676  * If the given pmap has an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry at the specified
677  * level that maps the specified virtual address, then a pointer to that entry
678  * is returned.  Otherwise, NULL is returned, unless INVARIANTS are enabled
679  * and a diagnostic message is provided, in which case this function panics.
680  */
681 static __always_inline pt_entry_t *
682 pmap_pte_exists(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int level, const char *diag)
683 {
684         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
685         pt_entry_t desc, *l3p;
686         int walk_level __diagused;
687
688         KASSERT(level >= 0 && level < 4,
689             ("%s: %s passed an out-of-range level (%d)", __func__, diag,
690             level));
691         l0p = pmap_l0(pmap, va);
692         desc = pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK;
693         if (desc == L0_TABLE && level > 0) {
694                 l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
695                 desc = pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK;
696                 if (desc == L1_BLOCK && level == 1) {
697                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
698                         return (l1p);
699                 }
700                 if (desc == L1_TABLE && level > 1) {
701                         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
702                         desc = pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK;
703                         if (desc == L2_BLOCK && level == 2)
704                                 return (l2p);
705                         else if (desc == L2_TABLE && level > 2) {
706                                 l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
707                                 desc = pmap_load(l3p) & ATTR_DESCR_MASK;
708                                 if (desc == L3_PAGE && level == 3)
709                                         return (l3p);
710                                 else
711                                         walk_level = 3;
712                         } else
713                                 walk_level = 2;
714                 } else
715                         walk_level = 1;
716         } else
717                 walk_level = 0;
718         KASSERT(diag == NULL,
719             ("%s: va %#lx not mapped at level %d, desc %ld at level %d",
720             diag, va, level, desc, walk_level));
721         return (NULL);
722 }
723
724 bool
725 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
726 {
727         /*
728          * Promotion requires a hypervisor call when the kernel is running
729          * in EL1. To stop this disable superpage support on non-stage 1
730          * pmaps for now.
731          */
732         if (pmap->pm_stage != PM_STAGE1)
733                 return (false);
734
735         return (superpages_enabled != 0);
736 }
737
738 bool
739 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
740     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
741 {
742         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
743
744         if (pmap->pm_l0 == NULL)
745                 return (false);
746
747         l0p = pmap_l0(pmap, va);
748         *l0 = l0p;
749
750         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
751                 return (false);
752
753         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
754         *l1 = l1p;
755
756         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
757                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
758                 *l2 = NULL;
759                 *l3 = NULL;
760                 return (true);
761         }
762
763         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
764                 return (false);
765
766         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
767         *l2 = l2p;
768
769         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
770                 *l3 = NULL;
771                 return (true);
772         }
773
774         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
775                 return (false);
776
777         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
778
779         return (true);
780 }
781
782 static __inline int
783 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
784 {
785
786         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
787 }
788
789 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
790
791 static pt_entry_t
792 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
793 {
794         pt_entry_t val;
795
796         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
797                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
798                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
799                         val |= ATTR_S1_XN;
800                 return (val);
801         }
802
803         val = 0;
804
805         switch (memattr) {
806         case VM_MEMATTR_DEVICE:
807                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
808                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
809         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
810                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
811         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
812                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
813         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
814                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
815         default:
816                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
817         }
818 }
819
820 static pt_entry_t
821 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
822 {
823         pt_entry_t val;
824
825         val = 0;
826         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
827                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
828                         val |= ATTR_S1_XN;
829                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
830                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
831         } else {
832                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
833                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
834                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
835                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
836                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
837                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
838         }
839
840         return (val);
841 }
842
843 /*
844  * Checks if the PTE is dirty.
845  */
846 static inline int
847 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
848 {
849
850         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
851
852         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
853                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
854                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
855
856                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
857                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
858         }
859
860         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
861             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
862 }
863
864 static __inline void
865 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
866 {
867
868         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
869         pmap->pm_stats.resident_count += count;
870 }
871
872 static __inline void
873 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
874 {
875
876         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
877         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
878             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
879             pmap->pm_stats.resident_count, count));
880         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
881 }
882
883 static vm_paddr_t
884 pmap_early_vtophys(vm_offset_t va)
885 {
886         vm_paddr_t pa_page;
887
888         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
889         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
890 }
891
892 /* State of the bootstrapped DMAP page tables */
893 struct pmap_bootstrap_state {
894         pt_entry_t      *l1;
895         pt_entry_t      *l2;
896         pt_entry_t      *l3;
897         vm_offset_t     freemempos;
898         vm_offset_t     va;
899         vm_paddr_t      pa;
900         pt_entry_t      table_attrs;
901         u_int           l0_slot;
902         u_int           l1_slot;
903         u_int           l2_slot;
904         bool            dmap_valid;
905 };
906
907 /* The bootstrap state */
908 static struct pmap_bootstrap_state bs_state = {
909         .l1 = NULL,
910         .l2 = NULL,
911         .l3 = NULL,
912         .table_attrs = TATTR_PXN_TABLE,
913         .l0_slot = L0_ENTRIES,
914         .l1_slot = Ln_ENTRIES,
915         .l2_slot = Ln_ENTRIES,
916         .dmap_valid = false,
917 };
918
919 static void
920 pmap_bootstrap_l0_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
921 {
922         vm_paddr_t l1_pa;
923         pd_entry_t l0e;
924         u_int l0_slot;
925
926         /* Link the level 0 table to a level 1 table */
927         l0_slot = pmap_l0_index(state->va);
928         if (l0_slot != state->l0_slot) {
929                 /*
930                  * Make sure we move from a low address to high address
931                  * before the DMAP region is ready. This ensures we never
932                  * modify an existing mapping until we can map from a
933                  * physical address to a virtual address.
934                  */
935                 MPASS(state->l0_slot < l0_slot ||
936                     state->l0_slot == L0_ENTRIES ||
937                     state->dmap_valid);
938
939                 /* Reset lower levels */
940                 state->l2 = NULL;
941                 state->l3 = NULL;
942                 state->l1_slot = Ln_ENTRIES;
943                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
944
945                 /* Check the existing L0 entry */
946                 state->l0_slot = l0_slot;
947                 if (state->dmap_valid) {
948                         l0e = pagetable_l0_ttbr1[l0_slot];
949                         if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
950                                 MPASS((l0e & ATTR_DESCR_MASK) == L0_TABLE);
951                                 l1_pa = l0e & ~ATTR_MASK;
952                                 state->l1 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1_pa);
953                                 return;
954                         }
955                 }
956
957                 /* Create a new L0 table entry */
958                 state->l1 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
959                 memset(state->l1, 0, PAGE_SIZE);
960                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
961
962                 l1_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l1);
963                 MPASS((l1_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
964                 MPASS(pagetable_l0_ttbr1[l0_slot] == 0);
965                 pmap_store(&pagetable_l0_ttbr1[l0_slot], l1_pa |
966                     TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0 | L0_TABLE);
967         }
968         KASSERT(state->l1 != NULL, ("%s: NULL l1", __func__));
969 }
970
971 static void
972 pmap_bootstrap_l1_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
973 {
974         vm_paddr_t l2_pa;
975         pd_entry_t l1e;
976         u_int l1_slot;
977
978         /* Make sure there is a valid L0 -> L1 table */
979         pmap_bootstrap_l0_table(state);
980
981         /* Link the level 1 table to a level 2 table */
982         l1_slot = pmap_l1_index(state->va);
983         if (l1_slot != state->l1_slot) {
984                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
985                 MPASS(state->l1_slot < l1_slot ||
986                     state->l1_slot == Ln_ENTRIES ||
987                     state->dmap_valid);
988
989                 /* Reset lower levels */
990                 state->l3 = NULL;
991                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
992
993                 /* Check the existing L1 entry */
994                 state->l1_slot = l1_slot;
995                 if (state->dmap_valid) {
996                         l1e = state->l1[l1_slot];
997                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
998                                 MPASS((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE);
999                                 l2_pa = l1e & ~ATTR_MASK;
1000                                 state->l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2_pa);
1001                                 return;
1002                         }
1003                 }
1004
1005                 /* Create a new L1 table entry */
1006                 state->l2 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1007                 memset(state->l2, 0, PAGE_SIZE);
1008                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1009
1010                 l2_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l2);
1011                 MPASS((l2_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1012                 MPASS(state->l1[l1_slot] == 0);
1013                 pmap_store(&state->l1[l1_slot], l2_pa | state->table_attrs |
1014                     L1_TABLE);
1015         }
1016         KASSERT(state->l2 != NULL, ("%s: NULL l2", __func__));
1017 }
1018
1019 static void
1020 pmap_bootstrap_l2_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
1021 {
1022         vm_paddr_t l3_pa;
1023         pd_entry_t l2e;
1024         u_int l2_slot;
1025
1026         /* Make sure there is a valid L1 -> L2 table */
1027         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1028
1029         /* Link the level 2 table to a level 3 table */
1030         l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1031         if (l2_slot != state->l2_slot) {
1032                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
1033                 MPASS(state->l2_slot < l2_slot ||
1034                     state->l2_slot == Ln_ENTRIES ||
1035                     state->dmap_valid);
1036
1037                 /* Check the existing L2 entry */
1038                 state->l2_slot = l2_slot;
1039                 if (state->dmap_valid) {
1040                         l2e = state->l2[l2_slot];
1041                         if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
1042                                 MPASS((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE);
1043                                 l3_pa = l2e & ~ATTR_MASK;
1044                                 state->l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3_pa);
1045                                 return;
1046                         }
1047                 }
1048
1049                 /* Create a new L2 table entry */
1050                 state->l3 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1051                 memset(state->l3, 0, PAGE_SIZE);
1052                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1053
1054                 l3_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l3);
1055                 MPASS((l3_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1056                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1057                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], l3_pa | state->table_attrs |
1058                     L2_TABLE);
1059         }
1060         KASSERT(state->l3 != NULL, ("%s: NULL l3", __func__));
1061 }
1062
1063 static void
1064 pmap_bootstrap_l2_block(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1065 {
1066         u_int l2_slot;
1067         bool first;
1068
1069         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L2_SIZE)
1070                 return;
1071
1072         /* Make sure there is a valid L1 table */
1073         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1074
1075         MPASS((state->va & L2_OFFSET) == 0);
1076         for (first = true;
1077             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1078             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L2_SIZE;
1079             state->va += L2_SIZE, state->pa += L2_SIZE) {
1080                 /*
1081                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1082                  * current L1 slot can address.
1083                  */
1084                 if (!first && (state->pa & L1_OFFSET) == 0)
1085                         break;
1086
1087                 first = false;
1088                 l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1089                 MPASS((state->pa & L2_OFFSET) == 0);
1090                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1091                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1092                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1093                     L2_BLOCK);
1094         }
1095         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1096 }
1097
1098 static void
1099 pmap_bootstrap_l3_page(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1100 {
1101         u_int l3_slot;
1102         bool first;
1103
1104         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L3_SIZE)
1105                 return;
1106
1107         /* Make sure there is a valid L2 table */
1108         pmap_bootstrap_l2_table(state);
1109
1110         MPASS((state->va & L3_OFFSET) == 0);
1111         for (first = true;
1112             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1113             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L3_SIZE;
1114             state->va += L3_SIZE, state->pa += L3_SIZE) {
1115                 /*
1116                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1117                  * current L2 slot can address.
1118                  */
1119                 if (!first && (state->pa & L2_OFFSET) == 0)
1120                         break;
1121
1122                 first = false;
1123                 l3_slot = pmap_l3_index(state->va);
1124                 MPASS((state->pa & L3_OFFSET) == 0);
1125                 MPASS(state->l3[l3_slot] == 0);
1126                 pmap_store(&state->l3[l3_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1127                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1128                     L3_PAGE);
1129         }
1130         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1131 }
1132
1133 static void
1134 pmap_bootstrap_dmap(vm_paddr_t min_pa)
1135 {
1136         int i;
1137
1138         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
1139         dmap_phys_max = 0;
1140         dmap_max_addr = 0;
1141
1142         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
1143                 bs_state.pa = physmap[i] & ~L3_OFFSET;
1144                 bs_state.va = bs_state.pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
1145
1146                 /* Create L3 mappings at the start of the region */
1147                 if ((bs_state.pa & L2_OFFSET) != 0)
1148                         pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1149                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1150
1151                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1152                         /* Create L2 mappings at the start of the region */
1153                         if ((bs_state.pa & L1_OFFSET) != 0)
1154                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1155                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1156
1157                         /* Create the main L1 block mappings */
1158                         for (; bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1159                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L1_SIZE;
1160                             bs_state.va += L1_SIZE, bs_state.pa += L1_SIZE) {
1161                                 /* Make sure there is a valid L1 table */
1162                                 pmap_bootstrap_l0_table(&bs_state);
1163                                 MPASS((bs_state.pa & L1_OFFSET) == 0);
1164                                 pmap_store(
1165                                     &bs_state.l1[pmap_l1_index(bs_state.va)],
1166                                     bs_state.pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
1167                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1168                                     L1_BLOCK);
1169                         }
1170                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1171
1172                         /* Create L2 mappings at the end of the region */
1173                         pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1174                 } else {
1175                         while (bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1176                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L2_SIZE) {
1177                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1178                         }
1179                 }
1180                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1181
1182                 /* Create L3 mappings at the end of the region */
1183                 pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1184                 MPASS(bs_state.pa == physmap[i + 1]);
1185
1186                 if (bs_state.pa > dmap_phys_max) {
1187                         dmap_phys_max = bs_state.pa;
1188                         dmap_max_addr = bs_state.va;
1189                 }
1190         }
1191
1192         cpu_tlb_flushID();
1193 }
1194
1195 static void
1196 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t va)
1197 {
1198         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1199
1200         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1201         bs_state.va = va;
1202
1203         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L1_SIZE)
1204                 pmap_bootstrap_l1_table(&bs_state);
1205 }
1206
1207 static void
1208 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t va)
1209 {
1210         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1211
1212         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1213         bs_state.va = va;
1214
1215         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L2_SIZE)
1216                 pmap_bootstrap_l2_table(&bs_state);
1217 }
1218
1219 #ifdef KASAN
1220 static void
1221 pmap_bootstrap_allocate_kasan_l2(vm_paddr_t start_pa, vm_paddr_t end_pa,
1222     vm_offset_t *start_va, int *nkasan_l2)
1223 {
1224         int i;
1225         vm_paddr_t pa;
1226         vm_offset_t va;
1227         pd_entry_t *l2;
1228
1229         va = *start_va;
1230         pa = rounddown2(end_pa - L2_SIZE, L2_SIZE);
1231         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
1232
1233         for (i = 0; pa >= start_pa && i < *nkasan_l2;
1234             i++, va += L2_SIZE, pa -= L2_SIZE, l2++) {
1235                 /*
1236                  * KASAN stack checking results in us having already allocated
1237                  * part of our shadow map, so we can just skip those segments.
1238                  */
1239                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
1240                         pa += L2_SIZE;
1241                         continue;
1242                 }
1243
1244                 pmap_store(l2, pa | PMAP_SAN_PTE_BITS | L2_BLOCK);
1245         }
1246
1247         /*
1248          * Ended the allocation due to start_pa constraint, rather than because
1249          * we allocated everything.  Adjust back up to the start_pa and remove
1250          * the invalid L2 block from our accounting.
1251          */
1252         if (pa < start_pa) {
1253                 va += L2_SIZE;
1254                 i--;
1255                 pa = start_pa;
1256         }
1257
1258         bzero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa), i * L2_SIZE);
1259         physmem_exclude_region(pa, i * L2_SIZE, EXFLAG_NOALLOC);
1260
1261         *nkasan_l2 -= i;
1262         *start_va = va;
1263 }
1264 #endif
1265
1266 /*
1267  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1268  */
1269 void
1270 pmap_bootstrap(vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
1271 {
1272         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
1273         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
1274         uint64_t kern_delta;
1275         int i;
1276
1277         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
1278         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
1279             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
1280
1281         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
1282
1283         printf("pmap_bootstrap %lx %lx\n", kernstart, kernlen);
1284         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
1285
1286         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
1287         kernel_pmap_store.pm_l0 = pagetable_l0_ttbr1;
1288         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1289         kernel_pmap->pm_l0_paddr =
1290             pmap_early_vtophys((vm_offset_t)kernel_pmap_store.pm_l0);
1291         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
1292         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1293         kernel_pmap->pm_levels = 4;
1294         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
1295         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
1296
1297         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
1298         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
1299
1300         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1301         physmap_idx /= 2;
1302
1303         /*
1304          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
1305          * but may contain empty ranges.
1306          */
1307         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
1308                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
1309                         continue;
1310                 if (physmap[i] <= min_pa)
1311                         min_pa = physmap[i];
1312         }
1313
1314         bs_state.freemempos = KERNBASE + kernlen;
1315         bs_state.freemempos = roundup2(bs_state.freemempos, PAGE_SIZE);
1316
1317         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
1318         pmap_bootstrap_dmap(min_pa);
1319         bs_state.dmap_valid = true;
1320         /*
1321          * We only use PXN when we know nothing will be executed from it, e.g.
1322          * the DMAP region.
1323          */
1324         bs_state.table_attrs &= ~TATTR_PXN_TABLE;
1325
1326         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1327
1328         /*
1329          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1330          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1331          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1332          */
1333         pmap_bootstrap_l2(KERNBASE + L1_SIZE);
1334         /* And the l3 tables for the early devmap */
1335         pmap_bootstrap_l3(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE));
1336
1337         cpu_tlb_flushID();
1338
1339 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1340         (var) = bs_state.freemempos;                                    \
1341         bs_state.freemempos += (np * PAGE_SIZE);                        \
1342         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1343
1344         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1345         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1346         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1347
1348         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1349         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1350         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1351
1352         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1353         preinit_map_va = roundup2(bs_state.freemempos, L2_SIZE);
1354
1355         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1356         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1357         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1358         kernel_vm_end = virtual_avail;
1359
1360         pa = pmap_early_vtophys(bs_state.freemempos);
1361
1362         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1363
1364         cpu_tlb_flushID();
1365 }
1366
1367 #if defined(KASAN)
1368 /*
1369  * Finish constructing the initial shadow map:
1370  * - Count how many pages from KERNBASE to virtual_avail (scaled for
1371  *   shadow map)
1372  * - Map that entire range using L2 superpages.
1373  */
1374 void
1375 pmap_bootstrap_san(vm_paddr_t kernstart)
1376 {
1377         vm_offset_t va;
1378         int i, shadow_npages, nkasan_l2;
1379
1380         /*
1381          * Rebuild physmap one more time, we may have excluded more regions from
1382          * allocation since pmap_bootstrap().
1383          */
1384         bzero(physmap, sizeof(physmap));
1385         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1386         physmap_idx /= 2;
1387
1388         shadow_npages = (virtual_avail - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
1389         shadow_npages = howmany(shadow_npages, KASAN_SHADOW_SCALE);
1390         nkasan_l2 = howmany(shadow_npages, Ln_ENTRIES);
1391
1392         /* Map the valid KVA up to this point. */
1393         va = KASAN_MIN_ADDRESS;
1394
1395         /*
1396          * Find a slot in the physmap large enough for what we needed.  We try to put
1397          * the shadow map as high up as we can to avoid depleting the lower 4GB in case
1398          * it's needed for, e.g., an xhci controller that can only do 32-bit DMA.
1399          */
1400         for (i = (physmap_idx * 2) - 2; i >= 0 && nkasan_l2 > 0; i -= 2) {
1401                 vm_paddr_t plow, phigh;
1402
1403                 /* L2 mappings must be backed by memory that is L2-aligned */
1404                 plow = roundup2(physmap[i], L2_SIZE);
1405                 phigh = physmap[i + 1];
1406                 if (plow >= phigh)
1407                         continue;
1408                 if (kernstart >= plow && kernstart < phigh)
1409                         phigh = kernstart;
1410                 if (phigh - plow >= L2_SIZE)
1411                         pmap_bootstrap_allocate_kasan_l2(plow, phigh, &va,
1412                             &nkasan_l2);
1413         }
1414
1415         if (nkasan_l2 != 0)
1416                 panic("Could not find phys region for shadow map");
1417
1418         /*
1419          * Done. We should now have a valid shadow address mapped for all KVA
1420          * that has been mapped so far, i.e., KERNBASE to virtual_avail. Thus,
1421          * shadow accesses by the kasan(9) runtime will succeed for this range.
1422          * When the kernel virtual address range is later expanded, as will
1423          * happen in vm_mem_init(), the shadow map will be grown as well. This
1424          * is handled by pmap_san_enter().
1425          */
1426 }
1427 #endif
1428
1429 /*
1430  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1431  */
1432 void
1433 pmap_page_init(vm_page_t m)
1434 {
1435
1436         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1437         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1438 }
1439
1440 static void
1441 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1442 {
1443         int i;
1444
1445         set->asid_bits = bits;
1446
1447         /*
1448          * We may be too early in the overall initialization process to use
1449          * bit_alloc().
1450          */
1451         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1452         set->asid_set = kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1453             M_WAITOK | M_ZERO);
1454         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1455                 bit_set(set->asid_set, i);
1456         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1457         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1458 }
1459
1460 static void
1461 pmap_init_pv_table(void)
1462 {
1463         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1464         struct pmap_large_md_page *pvd;
1465         vm_size_t s;
1466         int domain, i, j, pages;
1467
1468         /*
1469          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1470          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1471          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1472          */
1473         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1474
1475         /*
1476          * Calculate the size of the array.
1477          */
1478         s = 0;
1479         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1480                 seg = &vm_phys_segs[i];
1481                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1482                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1483                 s += round_page(pages * sizeof(*pvd));
1484         }
1485         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1486         if (pv_table == NULL)
1487                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1488
1489         /*
1490          * Iterate physical segments to allocate domain-local memory for PV
1491          * list headers.
1492          */
1493         pvd = pv_table;
1494         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1495                 seg = &vm_phys_segs[i];
1496                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1497                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1498                 domain = seg->domain;
1499
1500                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1501
1502                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1503                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain,
1504                             VM_ALLOC_ZERO);
1505                         if (m == NULL)
1506                                 panic("failed to allocate PV table page");
1507                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1508                 }
1509
1510                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1511                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1512                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1513                         pvd++;
1514                 }
1515         }
1516         pvd = &pv_dummy_large;
1517         memset(pvd, 0, sizeof(*pvd));
1518         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
1519         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1520
1521         /*
1522          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1523          */
1524         for (i = 0, pvd = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1525                 seg = &vm_phys_segs[i];
1526                 seg->md_first = pvd;
1527                 pvd += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1528                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1529
1530                 /*
1531                  * If there is a following segment, and the final
1532                  * superpage of this segment and the initial superpage
1533                  * of the next segment are the same then adjust the
1534                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1535                  * that the pv_table entries will be shared.
1536                  */
1537                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1538                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1539                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1540                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1541                                 pvd--;
1542                         }
1543                 }
1544         }
1545 }
1546
1547 /*
1548  *      Initialize the pmap module.
1549  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1550  *      system needs to map virtual memory.
1551  */
1552 void
1553 pmap_init(void)
1554 {
1555         uint64_t mmfr1;
1556         int i, vmid_bits;
1557
1558         /*
1559          * Are large page mappings enabled?
1560          */
1561         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1562         if (superpages_enabled) {
1563                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1564                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1565                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1566                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1567                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1568                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1569                         pagesizes[2] = L1_SIZE;
1570                 }
1571         }
1572
1573         /*
1574          * Initialize the ASID allocator.
1575          */
1576         pmap_init_asids(&asids,
1577             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1578
1579         if (has_hyp()) {
1580                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1581                 vmid_bits = 8;
1582
1583                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1584                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1585                         vmid_bits = 16;
1586                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1587         }
1588
1589         /*
1590          * Initialize pv chunk lists.
1591          */
1592         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
1593                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL,
1594                     MTX_DEF);
1595                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
1596         }
1597         pmap_init_pv_table();
1598
1599         vm_initialized = 1;
1600 }
1601
1602 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1603     "2MB page mapping counters");
1604
1605 static u_long pmap_l2_demotions;
1606 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1607     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1608
1609 static u_long pmap_l2_mappings;
1610 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1611     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1612
1613 static u_long pmap_l2_p_failures;
1614 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1615     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1616
1617 static u_long pmap_l2_promotions;
1618 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1619     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1620
1621 /*
1622  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1623  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1624  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1625  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1626  */
1627 static __inline void
1628 pmap_s1_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1629 {
1630         if (final_only)
1631                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1632         else
1633                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1634 }
1635
1636 static __inline void
1637 pmap_s1_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1638 {
1639         if (final_only)
1640                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1641         else
1642                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1643 }
1644
1645 /*
1646  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1647  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1648  */
1649 static __inline void
1650 pmap_s1_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1651 {
1652         uint64_t r;
1653
1654         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1655
1656         dsb(ishst);
1657         r = TLBI_VA(va);
1658         if (pmap == kernel_pmap) {
1659                 pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1660         } else {
1661                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1662                 pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1663         }
1664         dsb(ish);
1665         isb();
1666 }
1667
1668 static __inline void
1669 pmap_s2_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1670 {
1671         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1672         MPASS(pmap_stage2_invalidate_range != NULL);
1673         pmap_stage2_invalidate_range(pmap_to_ttbr0(pmap), va, va + PAGE_SIZE,
1674             final_only);
1675 }
1676
1677 static __inline void
1678 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1679 {
1680         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1681                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, final_only);
1682         else
1683                 pmap_s2_invalidate_page(pmap, va, final_only);
1684 }
1685
1686 /*
1687  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1688  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1689  */
1690 static __inline void
1691 pmap_s1_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1692     bool final_only)
1693 {
1694         uint64_t end, r, start;
1695
1696         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1697
1698         dsb(ishst);
1699         if (pmap == kernel_pmap) {
1700                 start = TLBI_VA(sva);
1701                 end = TLBI_VA(eva);
1702                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1703                         pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1704         } else {
1705                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1706                 start |= TLBI_VA(sva);
1707                 end |= TLBI_VA(eva);
1708                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1709                         pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1710         }
1711         dsb(ish);
1712         isb();
1713 }
1714
1715 static __inline void
1716 pmap_s2_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1717     bool final_only)
1718 {
1719         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1720         MPASS(pmap_stage2_invalidate_range != NULL);
1721         pmap_stage2_invalidate_range(pmap_to_ttbr0(pmap), sva, eva, final_only);
1722 }
1723
1724 static __inline void
1725 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1726     bool final_only)
1727 {
1728         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1729                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, sva, eva, final_only);
1730         else
1731                 pmap_s2_invalidate_range(pmap, sva, eva, final_only);
1732 }
1733
1734 /*
1735  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1736  * given virtual address space.
1737  */
1738 static __inline void
1739 pmap_s1_invalidate_all(pmap_t pmap)
1740 {
1741         uint64_t r;
1742
1743         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1744
1745         dsb(ishst);
1746         if (pmap == kernel_pmap) {
1747                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1748         } else {
1749                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1750                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1751         }
1752         dsb(ish);
1753         isb();
1754 }
1755
1756 static __inline void
1757 pmap_s2_invalidate_all(pmap_t pmap)
1758 {
1759         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1760         MPASS(pmap_stage2_invalidate_all != NULL);
1761         pmap_stage2_invalidate_all(pmap_to_ttbr0(pmap));
1762 }
1763
1764 static __inline void
1765 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1766 {
1767         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1768                 pmap_s1_invalidate_all(pmap);
1769         else
1770                 pmap_s2_invalidate_all(pmap);
1771 }
1772
1773 /*
1774  *      Routine:        pmap_extract
1775  *      Function:
1776  *              Extract the physical page address associated
1777  *              with the given map/virtual_address pair.
1778  */
1779 vm_paddr_t
1780 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1781 {
1782         pt_entry_t *pte, tpte;
1783         vm_paddr_t pa;
1784         int lvl;
1785
1786         pa = 0;
1787         PMAP_LOCK(pmap);
1788         /*
1789          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1790          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1791          */
1792         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1793         if (pte != NULL) {
1794                 tpte = pmap_load(pte);
1795                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1796                 switch(lvl) {
1797                 case 1:
1798                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
1799                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1800                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1801                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1802                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1803                         break;
1804                 case 2:
1805                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1806                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1807                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1808                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1809                         break;
1810                 case 3:
1811                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1812                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1813                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1814                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1815                         break;
1816                 }
1817         }
1818         PMAP_UNLOCK(pmap);
1819         return (pa);
1820 }
1821
1822 /*
1823  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1824  *      Function:
1825  *              Atomically extract and hold the physical page
1826  *              with the given pmap and virtual address pair
1827  *              if that mapping permits the given protection.
1828  */
1829 vm_page_t
1830 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1831 {
1832         pt_entry_t *pte, tpte;
1833         vm_offset_t off;
1834         vm_page_t m;
1835         int lvl;
1836         bool use;
1837
1838         m = NULL;
1839         PMAP_LOCK(pmap);
1840         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1841         if (pte != NULL) {
1842                 tpte = pmap_load(pte);
1843
1844                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1845                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1846                 /*
1847                  * Check that the pte is either a L3 page, or a L1 or L2 block
1848                  * entry. We can assume L1_BLOCK == L2_BLOCK.
1849                  */
1850                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1851                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1852                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1853                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1854
1855                 use = false;
1856                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1857                         use = true;
1858                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1859                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1860                         use = true;
1861                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1862                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1863                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1864                         use = true;
1865
1866                 if (use) {
1867                         switch (lvl) {
1868                         case 1:
1869                                 off = va & L1_OFFSET;
1870                                 break;
1871                         case 2:
1872                                 off = va & L2_OFFSET;
1873                                 break;
1874                         case 3:
1875                         default:
1876                                 off = 0;
1877                         }
1878                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1879                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1880                                 m = NULL;
1881                 }
1882         }
1883         PMAP_UNLOCK(pmap);
1884         return (m);
1885 }
1886
1887 /*
1888  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1889  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1890  * physical address in pa if it is not NULL.
1891  *
1892  * See the comment above data_abort() for the rationale for specifying
1893  * NO_PERTHREAD_SSP here.
1894  */
1895 bool NO_PERTHREAD_SSP
1896 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1897 {
1898         pt_entry_t *pte, tpte;
1899         register_t intr;
1900         uint64_t par;
1901
1902         /*
1903          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1904          * for address translation, and getting the result back.
1905          */
1906         intr = intr_disable();
1907         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1908         intr_restore(intr);
1909
1910         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1911                 if (pa != NULL)
1912                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1913                 return (true);
1914         }
1915
1916         /*
1917          * Fall back to walking the page table. The address translation
1918          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1919          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1920          * can walk the page table to find the physical address.
1921          */
1922
1923         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1924         if (pte == NULL)
1925                 return (false);
1926
1927         /*
1928          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1929          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1930          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1931          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1932          */
1933         tpte = pmap_load(pte);
1934         if (tpte == 0)
1935                 return (false);
1936         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1937                 if (pa != NULL)
1938                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1939                 return (true);
1940         }
1941         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1942         tpte = pmap_load(pte);
1943         if (tpte == 0)
1944                 return (false);
1945         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1946                 if (pa != NULL)
1947                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1948                 return (true);
1949         }
1950         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1951         tpte = pmap_load(pte);
1952         if (tpte == 0)
1953                 return (false);
1954         if (pa != NULL)
1955                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1956         return (true);
1957 }
1958
1959 vm_paddr_t
1960 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1961 {
1962         vm_paddr_t pa;
1963
1964         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1965                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1966
1967         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1968                 return (0);
1969         return (pa);
1970 }
1971
1972 /***************************************************
1973  * Low level mapping routines.....
1974  ***************************************************/
1975
1976 void
1977 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1978 {
1979         pd_entry_t *pde;
1980         pt_entry_t *pte, attr;
1981         vm_offset_t va;
1982         int lvl;
1983
1984         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1985            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1986         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1987            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1988         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1989             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1990
1991         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1992             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1993         va = sva;
1994         while (size != 0) {
1995                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1996                 KASSERT(pde != NULL,
1997                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1998                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1999
2000                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2001                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
2002
2003                 va += PAGE_SIZE;
2004                 pa += PAGE_SIZE;
2005                 size -= PAGE_SIZE;
2006         }
2007         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2008 }
2009
2010 void
2011 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
2012 {
2013
2014         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
2015 }
2016
2017 /*
2018  * Remove a page from the kernel pagetables.
2019  */
2020 PMAP_INLINE void
2021 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2022 {
2023         pt_entry_t *pte;
2024
2025         pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
2026         pmap_clear(pte);
2027         pmap_s1_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
2028 }
2029
2030 void
2031 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
2032 {
2033         pt_entry_t *pte;
2034         vm_offset_t va;
2035
2036         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
2037            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
2038         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
2039             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
2040
2041         va = sva;
2042         while (size != 0) {
2043                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
2044                 pmap_clear(pte);
2045
2046                 va += PAGE_SIZE;
2047                 size -= PAGE_SIZE;
2048         }
2049         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2050 }
2051
2052 /*
2053  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2054  *      virtual address space.
2055  *
2056  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2057  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2058  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2059  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2060  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2061  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2062  *      region.
2063  */
2064 vm_offset_t
2065 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2066 {
2067         return PHYS_TO_DMAP(start);
2068 }
2069
2070 /*
2071  * Add a list of wired pages to the kva
2072  * this routine is only used for temporary
2073  * kernel mappings that do not need to have
2074  * page modification or references recorded.
2075  * Note that old mappings are simply written
2076  * over.  The page *must* be wired.
2077  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2078  */
2079 void
2080 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2081 {
2082         pd_entry_t *pde;
2083         pt_entry_t *pte, pa;
2084         vm_offset_t va;
2085         vm_page_t m;
2086         int i, lvl;
2087
2088         va = sva;
2089         for (i = 0; i < count; i++) {
2090                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
2091                 KASSERT(pde != NULL,
2092                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
2093                 KASSERT(lvl == 2,
2094                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
2095
2096                 m = ma[i];
2097                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
2098                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
2099                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
2100                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2101                 pmap_load_store(pte, pa);
2102
2103                 va += L3_SIZE;
2104         }
2105         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * This routine tears out page mappings from the
2110  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2111  */
2112 void
2113 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2114 {
2115         pt_entry_t *pte;
2116         vm_offset_t va;
2117
2118         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
2119             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
2120         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
2121
2122         va = sva;
2123         while (count-- > 0) {
2124                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, NULL);
2125                 if (pte != NULL) {
2126                         pmap_clear(pte);
2127                 }
2128
2129                 va += PAGE_SIZE;
2130         }
2131         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2132 }
2133
2134 /***************************************************
2135  * Page table page management routines.....
2136  ***************************************************/
2137 /*
2138  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2139  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2140  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2141  */
2142 static __inline void
2143 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2144     boolean_t set_PG_ZERO)
2145 {
2146
2147         if (set_PG_ZERO)
2148                 m->flags |= PG_ZERO;
2149         else
2150                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2151         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2152 }
2153
2154 /*
2155  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
2156  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
2157  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2158  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2159  */
2160 static inline boolean_t
2161 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2162 {
2163
2164         --m->ref_count;
2165         if (m->ref_count == 0) {
2166                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
2167                 return (TRUE);
2168         } else
2169                 return (FALSE);
2170 }
2171
2172 static void
2173 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2174 {
2175
2176         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2177         /*
2178          * unmap the page table page
2179          */
2180         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2181                 /* l1 page */
2182                 pd_entry_t *l0;
2183
2184                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2185                 pmap_clear(l0);
2186         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
2187                 /* l2 page */
2188                 pd_entry_t *l1;
2189
2190                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2191                 pmap_clear(l1);
2192         } else {
2193                 /* l3 page */
2194                 pd_entry_t *l2;
2195
2196                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2197                 pmap_clear(l2);
2198         }
2199         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2200         if (m->pindex < NUL2E) {
2201                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
2202                 pd_entry_t *l1, tl1;
2203                 vm_page_t l2pg;
2204
2205                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2206                 tl1 = pmap_load(l1);
2207                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2208                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
2209         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
2210                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
2211                 pd_entry_t *l0, tl0;
2212                 vm_page_t l1pg;
2213
2214                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2215                 tl0 = pmap_load(l0);
2216                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2217                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
2218         }
2219         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
2220
2221         /*
2222          * Put page on a list so that it is released after
2223          * *ALL* TLB shootdown is done
2224          */
2225         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2226 }
2227
2228 /*
2229  * After removing a page table entry, this routine is used to
2230  * conditionally free the page, and manage the reference count.
2231  */
2232 static int
2233 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2234     struct spglist *free)
2235 {
2236         vm_page_t mpte;
2237
2238         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2239             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2240         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
2241                 return (0);
2242         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2243         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
2244         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
2245 }
2246
2247 /*
2248  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2249  * mapping.
2250  */
2251 static void
2252 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2253 {
2254         struct spglist free;
2255
2256         SLIST_INIT(&free);
2257         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
2258                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2259 }
2260
2261 void
2262 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2263 {
2264
2265         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2266         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2267         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
2268         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2269         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2270         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
2271         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
2272         pmap->pm_levels = 4;
2273         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
2274         pmap->pm_asid_set = &asids;
2275
2276         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2277 }
2278
2279 int
2280 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
2281 {
2282         vm_page_t m;
2283
2284         /*
2285          * allocate the l0 page
2286          */
2287         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
2288             VM_ALLOC_ZERO);
2289         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2290         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2291
2292         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2293         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2294         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
2295
2296         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
2297         pmap->pm_levels = levels;
2298         pmap->pm_stage = stage;
2299         switch (stage) {
2300         case PM_STAGE1:
2301                 pmap->pm_asid_set = &asids;
2302                 break;
2303         case PM_STAGE2:
2304                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
2305                 break;
2306         default:
2307                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
2308                 break;
2309         }
2310
2311         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
2312         pmap_alloc_asid(pmap);
2313
2314         /*
2315          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
2316          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
2317          * pmap_release() is called.
2318          */
2319         if (pmap->pm_levels == 3) {
2320                 PMAP_LOCK(pmap);
2321                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
2322                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2323         }
2324         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2325
2326         return (1);
2327 }
2328
2329 int
2330 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2331 {
2332
2333         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
2334 }
2335
2336 /*
2337  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2338  *
2339  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2340  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2341  *
2342  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2343  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2344  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2345  * race conditions.
2346  */
2347 static vm_page_t
2348 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2349 {
2350         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
2351
2352         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2353
2354         /*
2355          * Allocate a page table page.
2356          */
2357         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2358                 if (lockp != NULL) {
2359                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2360                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2361                         vm_wait(NULL);
2362                         PMAP_LOCK(pmap);
2363                 }
2364
2365                 /*
2366                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2367                  * page may have been allocated.
2368                  */
2369                 return (NULL);
2370         }
2371         m->pindex = ptepindex;
2372
2373         /*
2374          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2375          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2376          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2377          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2378          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2379          * PTE within "m".
2380          */
2381         dmb(ishst);
2382
2383         /*
2384          * Map the pagetable page into the process address space, if
2385          * it isn't already there.
2386          */
2387
2388         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2389                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2390                 vm_pindex_t l0index;
2391
2392                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2393                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2394                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2395                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2396                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2397
2398                 /*
2399                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2400                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2401                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2402                  * locore.S.
2403                  */
2404                 if (pmap == kernel_pmap)
2405                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2406                 else
2407                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2408                 pmap_store(l0p, l0e);
2409         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2410                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2411                 pd_entry_t *l0, *l1;
2412                 pd_entry_t tl0;
2413
2414                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2415                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2416
2417                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2418                 tl0 = pmap_load(l0);
2419                 if (tl0 == 0) {
2420                         /* recurse for allocating page dir */
2421                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2422                             lockp) == NULL) {
2423                                 vm_page_unwire_noq(m);
2424                                 vm_page_free_zero(m);
2425                                 return (NULL);
2426                         }
2427                 } else {
2428                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2429                         l1pg->ref_count++;
2430                 }
2431
2432                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2433                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2434                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2435                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2436                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2437         } else {
2438                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2439                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2440                 pd_entry_t tl0, tl1;
2441
2442                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2443                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2444
2445                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2446                 tl0 = pmap_load(l0);
2447                 if (tl0 == 0) {
2448                         /* recurse for allocating page dir */
2449                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2450                             lockp) == NULL) {
2451                                 vm_page_unwire_noq(m);
2452                                 vm_page_free_zero(m);
2453                                 return (NULL);
2454                         }
2455                         tl0 = pmap_load(l0);
2456                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2457                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2458                 } else {
2459                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2460                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2461                         tl1 = pmap_load(l1);
2462                         if (tl1 == 0) {
2463                                 /* recurse for allocating page dir */
2464                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2465                                     lockp) == NULL) {
2466                                         vm_page_unwire_noq(m);
2467                                         vm_page_free_zero(m);
2468                                         return (NULL);
2469                                 }
2470                         } else {
2471                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2472                                 l2pg->ref_count++;
2473                         }
2474                 }
2475
2476                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2477                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2478                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2479                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2480                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2481         }
2482
2483         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2484
2485         return (m);
2486 }
2487
2488 static pd_entry_t *
2489 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2490     struct rwlock **lockp)
2491 {
2492         pd_entry_t *l1, *l2;
2493         vm_page_t l2pg;
2494         vm_pindex_t l2pindex;
2495
2496         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2497             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2498
2499 retry:
2500         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2501         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2502                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2503                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2504                         /* Add a reference to the L2 page. */
2505                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2506                         l2pg->ref_count++;
2507                 } else
2508                         l2pg = NULL;
2509         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2510                 /* Allocate a L2 page. */
2511                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2512                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2513                 if (l2pg == NULL) {
2514                         if (lockp != NULL)
2515                                 goto retry;
2516                         else
2517                                 return (NULL);
2518                 }
2519                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2520                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2521         } else
2522                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2523                     va);
2524         *l2pgp = l2pg;
2525         return (l2);
2526 }
2527
2528 static vm_page_t
2529 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2530 {
2531         vm_pindex_t ptepindex;
2532         pd_entry_t *pde, tpde;
2533 #ifdef INVARIANTS
2534         pt_entry_t *pte;
2535 #endif
2536         vm_page_t m;
2537         int lvl;
2538
2539         /*
2540          * Calculate pagetable page index
2541          */
2542         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2543 retry:
2544         /*
2545          * Get the page directory entry
2546          */
2547         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2548
2549         /*
2550          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2551          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2552          * table.
2553          */
2554         switch (lvl) {
2555         case -1:
2556                 break;
2557         case 0:
2558 #ifdef INVARIANTS
2559                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2560                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2561                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2562 #endif
2563                 break;
2564         case 1:
2565 #ifdef INVARIANTS
2566                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2567                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2568                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2569 #endif
2570                 break;
2571         case 2:
2572                 tpde = pmap_load(pde);
2573                 if (tpde != 0) {
2574                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2575                         m->ref_count++;
2576                         return (m);
2577                 }
2578                 break;
2579         default:
2580                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2581         }
2582
2583         /*
2584          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2585          */
2586         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2587         if (m == NULL && lockp != NULL)
2588                 goto retry;
2589
2590         return (m);
2591 }
2592
2593 /***************************************************
2594  * Pmap allocation/deallocation routines.
2595  ***************************************************/
2596
2597 /*
2598  * Release any resources held by the given physical map.
2599  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2600  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2601  */
2602 void
2603 pmap_release(pmap_t pmap)
2604 {
2605         boolean_t rv __diagused;
2606         struct spglist free;
2607         struct asid_set *set;
2608         vm_page_t m;
2609         int asid;
2610
2611         if (pmap->pm_levels != 4) {
2612                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2613                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2614                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2615                     pmap->pm_stats.resident_count));
2616                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2617                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2618
2619                 SLIST_INIT(&free);
2620                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2621                 PMAP_LOCK(pmap);
2622                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2623                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2624                 MPASS(rv == TRUE);
2625                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2626         }
2627
2628         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2629             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2630             pmap->pm_stats.resident_count));
2631         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2632             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2633
2634         set = pmap->pm_asid_set;
2635         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2636
2637         /*
2638          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2639          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2640          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2641          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2642          */
2643         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2644                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2645                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2646                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2647                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2648                             asid < set->asid_set_size,
2649                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2650                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2651                 }
2652                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2653         }
2654
2655         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2656         vm_page_unwire_noq(m);
2657         vm_page_free_zero(m);
2658 }
2659
2660 static int
2661 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2662 {
2663         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2664
2665         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2666 }
2667 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2668     0, 0, kvm_size, "LU",
2669     "Size of KVM");
2670
2671 static int
2672 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2673 {
2674         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2675
2676         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2677 }
2678 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2679     0, 0, kvm_free, "LU",
2680     "Amount of KVM free");
2681
2682 /*
2683  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2684  */
2685 void
2686 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2687 {
2688         vm_paddr_t paddr;
2689         vm_page_t nkpg;
2690         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2691
2692         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2693
2694         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2695         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2696                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2697         if (kernel_vm_end < addr)
2698                 kasan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
2699         while (kernel_vm_end < addr) {
2700                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2701                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2702                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2703
2704                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2705                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2706                         /* We need a new PDP entry */
2707                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2708                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2709                         if (nkpg == NULL)
2710                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2711                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2712                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2713                         dmb(ishst);
2714                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2715                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2716                         continue; /* try again */
2717                 }
2718                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2719                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2720                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2721                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2722                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2723                                 break;
2724                         }
2725                         continue;
2726                 }
2727
2728                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2729                     VM_ALLOC_ZERO);
2730                 if (nkpg == NULL)
2731                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2732                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2733                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2734                 dmb(ishst);
2735                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2736                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2737
2738                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2739                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2740                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2741                         break;
2742                 }
2743         }
2744 }
2745
2746 /***************************************************
2747  * page management routines.
2748  ***************************************************/
2749
2750 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
2751         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
2752         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
2753 };
2754
2755 #ifdef PV_STATS
2756 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2757
2758 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2759         "Current number of pv entry chunks");
2760 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2761         "Current number of pv entry chunks allocated");
2762 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2763         "Current number of pv entry chunks frees");
2764 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2765         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2766
2767 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2768 static int pv_entry_spare;
2769
2770 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2771         "Current number of pv entry frees");
2772 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2773         "Current number of pv entry allocs");
2774 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2775         "Current number of pv entries");
2776 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2777         "Current number of spare pv entries");
2778 #endif
2779
2780 /*
2781  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2782  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2783  * another pv entry chunk.
2784  *
2785  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2786  *
2787  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2788  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2789  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2790  */
2791 static vm_page_t
2792 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
2793 {
2794         struct pv_chunks_list *pvc;
2795         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2796         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2797         struct md_page *pvh;
2798         pd_entry_t *pde;
2799         pmap_t next_pmap, pmap;
2800         pt_entry_t *pte, tpte;
2801         pv_entry_t pv;
2802         vm_offset_t va;
2803         vm_page_t m, m_pc;
2804         struct spglist free;
2805         uint64_t inuse;
2806         int bit, field, freed, lvl;
2807
2808         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2809         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2810
2811         pmap = NULL;
2812         m_pc = NULL;
2813         SLIST_INIT(&free);
2814         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2815         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2816         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2817         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2818
2819         pvc = &pv_chunks[domain];
2820         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2821         pvc->active_reclaims++;
2822         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2823         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2824         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2825             SLIST_EMPTY(&free)) {
2826                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2827                 if (next_pmap == NULL) {
2828                         /*
2829                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2830                          * not our marker, so active_reclaims must be
2831                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2832                          * will not rotate the pv_chunks list.
2833                          */
2834                         goto next_chunk;
2835                 }
2836                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2837
2838                 /*
2839                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2840                  * when both pvc->pvc_lock is owned and the
2841                  * corresponding pmap is locked.
2842                  */
2843                 if (pmap != next_pmap) {
2844                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2845                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2846                         pmap = next_pmap;
2847                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2848                         if (pmap > locked_pmap) {
2849                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2850                                 PMAP_LOCK(pmap);
2851                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2852                                 continue;
2853                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2854                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2855                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2856                                         continue;
2857                                 } else {
2858                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2859                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2860                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2861                                         if (pc == NULL ||
2862                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2863                                                 continue;
2864                                         goto next_chunk;
2865                                 }
2866                         }
2867                 }
2868
2869                 /*
2870                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2871                  */
2872                 freed = 0;
2873                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2874                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2875                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2876                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2877                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2878                                 va = pv->pv_va;
2879                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2880                                 if (lvl != 2)
2881                                         continue;
2882                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2883                                 tpte = pmap_load(pte);
2884                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2885                                         continue;
2886                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2887                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2888                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2889                                         vm_page_dirty(m);
2890                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2891                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
2892                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2893                                 }
2894                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2895                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2896                                 m->md.pv_gen++;
2897                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2898                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2899                                         pvh = page_to_pvh(m);
2900                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2901                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2902                                                     PGA_WRITEABLE);
2903                                         }
2904                                 }
2905                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2906                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2907                                 freed++;
2908                         }
2909                 }
2910                 if (freed == 0) {
2911                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2912                         goto next_chunk;
2913                 }
2914                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2915                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2916                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2917                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2918                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2919                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2920                 if (pc_is_free(pc)) {
2921                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2922                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2923                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2924                         /* Entire chunk is free; return it. */
2925                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2926                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2927                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2928                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2929                         break;
2930                 }
2931                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2932                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2933                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2934                 if (pmap == locked_pmap)
2935                         break;
2936
2937 next_chunk:
2938                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2939                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
2940                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2941                         /*
2942                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2943                          * scan the same pv chunks that could not be
2944                          * freed (because they contained a wired
2945                          * and/or superpage mapping) on every
2946                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2947                          */
2948                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker){
2949                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2950                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2951                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2952                         }
2953                 }
2954         }
2955         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2956         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2957         pvc->active_reclaims--;
2958         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2959         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2960                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2961         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2962                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2963                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2964                 /* Recycle a freed page table page. */
2965                 m_pc->ref_count = 1;
2966         }
2967         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2968         return (m_pc);
2969 }
2970
2971 static vm_page_t
2972 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2973 {
2974         vm_page_t m;
2975         int i, domain;
2976
2977         domain = PCPU_GET(domain);
2978         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2979                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
2980                 if (m != NULL)
2981                         break;
2982                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2983         }
2984
2985         return (m);
2986 }
2987
2988 /*
2989  * free the pv_entry back to the free list
2990  */
2991 static void
2992 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2993 {
2994         struct pv_chunk *pc;
2995         int idx, field, bit;
2996
2997         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2998         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2999         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3000         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3001         pc = pv_to_chunk(pv);
3002         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3003         field = idx / 64;
3004         bit = idx % 64;
3005         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3006         if (!pc_is_free(pc)) {
3007                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3008                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3009                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3010                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3011                 }
3012                 return;
3013         }
3014         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3015         free_pv_chunk(pc);
3016 }
3017
3018 static void
3019 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
3020 {
3021         vm_page_t m;
3022
3023         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3024         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3025         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3026         /* entire chunk is free, return it */
3027         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3028         dump_drop_page(m->phys_addr);
3029         vm_page_unwire_noq(m);
3030         vm_page_free(m);
3031 }
3032
3033 static void
3034 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3035 {
3036         struct pv_chunks_list *pvc;
3037
3038         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
3039         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3040         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3041         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3042         free_pv_chunk_dequeued(pc);
3043 }
3044
3045 static void
3046 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
3047 {
3048         struct pv_chunks_list *pvc;
3049         struct pv_chunk *pc, *npc;
3050         int i;
3051
3052         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3053                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
3054                         continue;
3055                 pvc = &pv_chunks[i];
3056                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3057                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
3058                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3059                 }
3060                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3061         }
3062
3063         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3064                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
3065                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
3066                 }
3067         }
3068 }
3069
3070 /*
3071  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3072  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3073  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3074  * returned.
3075  *
3076  * The given PV list lock may be released.
3077  */
3078 static pv_entry_t
3079 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3080 {
3081         struct pv_chunks_list *pvc;
3082         int bit, field;
3083         pv_entry_t pv;
3084         struct pv_chunk *pc;
3085         vm_page_t m;
3086
3087         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3088         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3089 retry:
3090         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3091         if (pc != NULL) {
3092                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3093                         if (pc->pc_map[field]) {
3094                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3095                                 break;
3096                         }
3097                 }
3098                 if (field < _NPCM) {
3099                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3100                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3101                         /* If this was the last item, move it to tail */
3102                         if (pc_is_full(pc)) {
3103                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3104                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3105                                     pc_list);
3106                         }
3107                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3108                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3109                         return (pv);
3110                 }
3111         }
3112         /* No free items, allocate another chunk */
3113         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3114         if (m == NULL) {
3115                 if (lockp == NULL) {
3116                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3117                         return (NULL);
3118                 }
3119                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3120                 if (m == NULL)
3121                         goto retry;
3122         }
3123         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3124         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3125         dump_add_page(m->phys_addr);
3126         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3127         pc->pc_pmap = pmap;
3128         memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3129         pc->pc_map[0] &= ~1ul;          /* preallocated bit 0 */
3130         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
3131         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3132         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3133         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3134         pv = &pc->pc_pventry[0];
3135         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3136         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3137         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3138         return (pv);
3139 }
3140
3141 /*
3142  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3143  * exceeds the given count, "needed".
3144  *
3145  * The given PV list lock may be released.
3146  */
3147 static void
3148 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3149 {
3150         struct pv_chunks_list *pvc;
3151         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
3152         struct pv_chunk *pc;
3153         vm_page_t m;
3154         int avail, free, i;
3155         bool reclaimed;
3156
3157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3158         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3159
3160         /*
3161          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3162          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3163          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3164          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3165          */
3166         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
3167                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
3168 retry:
3169         avail = 0;
3170         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3171                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3172                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3173                 if (free == 0)
3174                         break;
3175                 avail += free;
3176                 if (avail >= needed)
3177                         break;
3178         }
3179         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3180                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3181                 if (m == NULL) {
3182                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3183                         if (m == NULL)
3184                                 goto retry;
3185                         reclaimed = true;
3186                 }
3187                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3188                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3189                 dump_add_page(m->phys_addr);
3190                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3191                 pc->pc_pmap = pmap;
3192                 memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3193                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3194                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
3195                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3196
3197                 /*
3198                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3199                  * If that chunk contained available entries, we need to
3200                  * re-count the number of available entries.
3201                  */
3202                 if (reclaimed)
3203                         goto retry;
3204         }
3205         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3206                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
3207                         continue;
3208                 pvc = &pv_chunks[i];
3209                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3210                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
3211                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3212         }
3213 }
3214
3215 /*
3216  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3217  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3218  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3219  * 2MB page mappings.
3220  */
3221 static __inline pv_entry_t
3222 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3223 {
3224         pv_entry_t pv;
3225
3226         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3227                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3228                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3229                         pvh->pv_gen++;
3230                         break;
3231                 }
3232         }
3233         return (pv);
3234 }
3235
3236 /*
3237  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3238  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3239  * entries for each of the 4KB page mappings.
3240  */
3241 static void
3242 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3243     struct rwlock **lockp)
3244 {
3245         struct md_page *pvh;
3246         struct pv_chunk *pc;
3247         pv_entry_t pv;
3248         vm_offset_t va_last;
3249         vm_page_t m;
3250         int bit, field;
3251
3252         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3253         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
3254             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
3255         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3256             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3257         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3258
3259         /*
3260          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3261          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3262          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3263          */
3264         pvh = pa_to_pvh(pa);
3265         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3266         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
3267         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3268         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3269         m->md.pv_gen++;
3270         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
3271         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
3272         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3273         for (;;) {
3274                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3275                 KASSERT(!pc_is_full(pc), ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
3276                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3277                         while (pc->pc_map[field]) {
3278                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3279                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3280                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3281                                 va += PAGE_SIZE;
3282                                 pv->pv_va = va;
3283                                 m++;
3284                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3285                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
3286                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3287                                 m->md.pv_gen++;
3288                                 if (va == va_last)
3289                                         goto out;
3290                         }
3291                 }
3292                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3293                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3294         }
3295 out:
3296         if (pc_is_full(pc)) {
3297                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3298                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3299         }
3300         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
3301         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
3302 }
3303
3304 /*
3305  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3306  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3307  * page mappings.
3308  */
3309 static void
3310 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3311 {
3312         pv_entry_t pv;
3313
3314         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3315         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3316         free_pv_entry(pmap, pv);
3317 }
3318
3319 /*
3320  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3321  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3322  */
3323 static boolean_t
3324 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3325     struct rwlock **lockp)
3326 {
3327         pv_entry_t pv;
3328
3329         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3330         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3331         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3332                 pv->pv_va = va;
3333                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3334                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3335                 m->md.pv_gen++;
3336                 return (TRUE);
3337         } else
3338                 return (FALSE);
3339 }
3340
3341 /*
3342  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3343  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3344  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3345  */
3346 static bool
3347 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
3348     struct rwlock **lockp)
3349 {
3350         struct md_page *pvh;
3351         pv_entry_t pv;
3352         vm_paddr_t pa;
3353
3354         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3355         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3356         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3357             NULL : lockp)) == NULL)
3358                 return (false);
3359         pv->pv_va = va;
3360         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3361         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3362         pvh = pa_to_pvh(pa);
3363         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3364         pvh->pv_gen++;
3365         return (true);
3366 }
3367
3368 static void
3369 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
3370 {
3371         pt_entry_t newl2, oldl2 __diagused;
3372         vm_page_t ml3;
3373         vm_paddr_t ml3pa;
3374
3375         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
3376         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3377         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3378
3379         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3380         if (ml3 == NULL)
3381                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
3382
3383         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
3384         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
3385
3386         /*
3387          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
3388          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
3389          */
3390         if (ml3->valid != 0)
3391                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
3392
3393         /*
3394          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
3395          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3396          */
3397         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3398         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3399             __func__, l2, oldl2));
3400 }
3401
3402 /*
3403  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3404  */
3405 static int
3406 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3407     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3408 {
3409         struct md_page *pvh;
3410         pt_entry_t old_l2;
3411         vm_page_t m, ml3, mt;
3412
3413         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3414         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3415         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3416         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3417             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3418
3419         /*
3420          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3421          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3422          */
3423         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3424
3425         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3426                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3427         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3428         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3429                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3430                 pvh = page_to_pvh(m);
3431                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3432                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3433                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3434                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3435                                 vm_page_dirty(mt);
3436                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3437                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3438                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3439                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3440                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3441                 }
3442         }
3443         if (pmap == kernel_pmap) {
3444                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3445         } else {
3446                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3447                 if (ml3 != NULL) {
3448                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3449                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3450                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3451                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3452                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3453                         ml3->ref_count = 0;
3454                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3455                 }
3456         }
3457         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3458 }
3459
3460 /*
3461  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3462  */
3463 static int
3464 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3465     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3466 {
3467         struct md_page *pvh;
3468         pt_entry_t old_l3;
3469         vm_page_t m;
3470
3471         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3472         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3473         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
3474         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3475                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3476         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3477         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3478                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3479                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3480                         vm_page_dirty(m);
3481                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3482                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3483                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3484                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3485                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3486                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3487                         pvh = page_to_pvh(m);
3488                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3489                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3490                 }
3491         }
3492         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3493 }
3494
3495 /*
3496  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3497  * identified by the given L2 entry.
3498  */
3499 static void
3500 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3501     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3502 {
3503         struct md_page *pvh;
3504         struct rwlock *new_lock;
3505         pt_entry_t *l3, old_l3;
3506         vm_offset_t va;
3507         vm_page_t l3pg, m;
3508
3509         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3510             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3511         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3512             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3513
3514         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3515         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3516             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3517         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3518         va = eva;
3519         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3520                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3521                         if (va != eva) {
3522                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3523                                 va = eva;
3524                         }
3525                         continue;
3526                 }
3527                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3528                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3529                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3530                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3531                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3532                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3533                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3534                                 vm_page_dirty(m);
3535                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3536                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3537                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3538                         if (new_lock != *lockp) {
3539                                 if (*lockp != NULL) {
3540                                         /*
3541                                          * Pending TLB invalidations must be
3542                                          * performed before the PV list lock is
3543                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3544                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3545                                          * could return while a stale TLB entry
3546                                          * still provides access to that page. 
3547                                          */
3548                                         if (va != eva) {
3549                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
3550                                                     sva, true);
3551                                                 va = eva;
3552                                         }
3553                                         rw_wunlock(*lockp);
3554                                 }
3555                                 *lockp = new_lock;
3556                                 rw_wlock(*lockp);
3557                         }
3558                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3559                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3560                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3561                                 pvh = page_to_pvh(m);
3562                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3563                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3564                         }
3565                 }
3566                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3567                         /*
3568                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3569                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3570                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3571                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3572                          * of a new valid range consisting of a single page.
3573                          */
3574                         break;
3575                 }
3576                 if (va == eva)
3577                         va = sva;
3578         }
3579         if (va != eva)
3580                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3581 }
3582
3583 /*
3584  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3585  *
3586  *      It is assumed that the start and end are properly
3587  *      rounded to the page size.
3588  */
3589 void
3590 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3591 {
3592         struct rwlock *lock;
3593         vm_offset_t va_next;
3594         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3595         pt_entry_t l3_paddr;
3596         struct spglist free;
3597
3598         /*
3599          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3600          */
3601         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3602                 return;
3603
3604         SLIST_INIT(&free);
3605
3606         PMAP_LOCK(pmap);
3607
3608         lock = NULL;
3609         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3610                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3611                         break;
3612
3613                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3614                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3615                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3616                         if (va_next < sva)
3617                                 va_next = eva;
3618                         continue;
3619                 }
3620
3621                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3622                 if (va_next < sva)
3623                         va_next = eva;
3624                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3625                 if (pmap_load(l1) == 0)
3626                         continue;
3627                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3628                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3629                         KASSERT(va_next <= eva,
3630                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3631                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3632                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3633                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3634                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3635                         pmap_clear(l1);
3636                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3637                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3638                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3639                         continue;
3640                 }
3641
3642                 /*
3643                  * Calculate index for next page table.
3644                  */
3645                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3646                 if (va_next < sva)
3647                         va_next = eva;
3648
3649                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3650                 if (l2 == NULL)
3651                         continue;
3652
3653                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3654
3655                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3656                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3657                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3658                                     &free, &lock);
3659                                 continue;
3660                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3661                             &lock) == NULL)
3662                                 continue;
3663                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3664                 }
3665
3666                 /*
3667                  * Weed out invalid mappings.
3668                  */
3669                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3670                         continue;
3671
3672                 /*
3673                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3674                  * by the current page table page, or to the end of the
3675                  * range being removed.
3676                  */
3677                 if (va_next > eva)
3678                         va_next = eva;
3679
3680                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3681                     &lock);
3682         }
3683         if (lock != NULL)
3684                 rw_wunlock(lock);
3685         PMAP_UNLOCK(pmap);
3686         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3687 }
3688
3689 /*
3690  *      Remove the given range of addresses as part of a logical unmap
3691  *      operation. This has the effect of calling pmap_remove(), but
3692  *      also clears any metadata that should persist for the lifetime
3693  *      of a logical mapping.
3694  */
3695 void
3696 pmap_map_delete(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3697 {
3698         pmap_remove(pmap, sva, eva);
3699 }
3700
3701 /*
3702  *      Routine:        pmap_remove_all
3703  *      Function:
3704  *              Removes this physical page from
3705  *              all physical maps in which it resides.
3706  *              Reflects back modify bits to the pager.
3707  *
3708  *      Notes:
3709  *              Original versions of this routine were very
3710  *              inefficient because they iteratively called
3711  *              pmap_remove (slow...)
3712  */
3713
3714 void
3715 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3716 {
3717         struct md_page *pvh;
3718         pv_entry_t pv;
3719         pmap_t pmap;
3720         struct rwlock *lock;
3721         pd_entry_t *pde, tpde;
3722         pt_entry_t *pte, tpte;
3723         vm_offset_t va;
3724         struct spglist free;
3725         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3726
3727         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3728             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3729         SLIST_INIT(&free);
3730         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3731         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3732         rw_wlock(lock);
3733 retry:
3734         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3735                 pmap = PV_PMAP(pv);
3736                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3737                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3738                         rw_wunlock(lock);
3739                         PMAP_LOCK(pmap);
3740                         rw_wlock(lock);
3741                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3742                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3743                                 goto retry;
3744                         }
3745                 }
3746                 va = pv->pv_va;
3747                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
3748                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3749                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3750         }
3751         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3752                 pmap = PV_PMAP(pv);
3753                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3754                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3755                         md_gen = m->md.pv_gen;
3756                         rw_wunlock(lock);
3757                         PMAP_LOCK(pmap);
3758                         rw_wlock(lock);
3759                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3760                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3761                                 goto retry;
3762                         }
3763                 }
3764                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3765
3766                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3767                 KASSERT(pde != NULL,
3768                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3769                 KASSERT(lvl == 2,
3770                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3771                 tpde = pmap_load(pde);
3772
3773                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3774                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3775                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3776                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3777                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3778                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3779                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3780                 }
3781
3782                 /*
3783                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3784                  */
3785                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3786                         vm_page_dirty(m);
3787                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3788                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3789                 m->md.pv_gen++;
3790                 free_pv_entry(pmap, pv);
3791                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3792         }
3793         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3794         rw_wunlock(lock);
3795         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3796 }
3797
3798 /*
3799  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3800  */
3801 static void
3802 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3803     pt_entry_t nbits)
3804 {
3805         pd_entry_t old_l2;
3806         vm_page_t m, mt;
3807
3808         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3809         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3810         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3811             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3812         old_l2 = pmap_load(l2);
3813         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3814             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3815
3816         /*
3817          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3818          * in place.
3819          */
3820         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3821                 return;
3822
3823         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3824                 cpu_spinwait();
3825
3826         /*
3827          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3828          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3829          * pages.
3830          */
3831         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3832             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3833             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3834                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3835                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3836                         vm_page_dirty(mt);
3837         }
3838
3839         /*
3840          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3841          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3842          */
3843         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3844 }
3845
3846 /*
3847  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3848  * pmap and range
3849  */
3850 static void
3851 pmap_mask_set_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3852     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3853 {
3854         vm_offset_t va, va_next;
3855         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3856         pt_entry_t *l3p, l3;
3857
3858         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3859         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3860                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3861                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3862                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3863                         if (va_next < sva)
3864                                 va_next = eva;
3865                         continue;
3866                 }
3867
3868                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3869                 if (va_next < sva)
3870                         va_next = eva;
3871                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3872                 if (pmap_load(l1) == 0)
3873                         continue;
3874                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3875                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3876                         KASSERT(va_next <= eva,
3877                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3878                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3879                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3880                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3881                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3882                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3883                                 if (invalidate)
3884                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3885                         }
3886                         continue;
3887                 }
3888
3889                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3890                 if (va_next < sva)
3891                         va_next = eva;
3892
3893                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3894                 if (pmap_load(l2) == 0)
3895                         continue;
3896
3897                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3898                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3899                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3900                                 continue;
3901                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3902                                 continue;
3903                 }
3904                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3905                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3906
3907                 if (va_next > eva)
3908                         va_next = eva;
3909
3910                 va = va_next;
3911                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3912                     sva += L3_SIZE) {
3913                         l3 = pmap_load(l3p);
3914
3915                         /*
3916                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3917                          * invalid or already has the desired access
3918                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3919                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3920                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3921                          * have the desired restrictions.)
3922                          */
3923                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3924                                 if (va != va_next) {
3925                                         if (invalidate)
3926                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap,
3927                                                     va, sva, true);
3928                                         va = va_next;
3929                                 }
3930                                 continue;
3931                         }
3932
3933                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3934                             nbits))
3935                                 cpu_spinwait();
3936
3937                         /*
3938                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3939                          * update the page's dirty field.
3940                          */
3941                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3942                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3943                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3944                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3945
3946                         if (va == va_next)
3947                                 va = sva;
3948                 }
3949                 if (va != va_next && invalidate)
3950                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3951         }
3952 }
3953
3954 static void
3955 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3956     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3957 {
3958         PMAP_LOCK(pmap);
3959         pmap_mask_set_locked(pmap, sva, eva, mask, nbits, invalidate);
3960         PMAP_UNLOCK(pmap);
3961 }
3962
3963 /*
3964  *      Set the physical protection on the
3965  *      specified range of this map as requested.
3966  */
3967 void
3968 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3969 {
3970         pt_entry_t mask, nbits;
3971
3972         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3973         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3974         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3975                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3976                 return;
3977         }
3978
3979         mask = nbits = 0;
3980         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3981                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3982                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3983         }
3984         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3985                 mask |= ATTR_S1_XN;
3986                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3987         }
3988         if (mask == 0)
3989                 return;
3990
3991         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3992 }
3993
3994 void
3995 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3996 {
3997
3998         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3999         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
4000
4001         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
4002             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
4003 }
4004
4005 /*
4006  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
4007  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
4008  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
4009  * ordered by this virtual address range.
4010  *
4011  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
4012  */
4013 static __inline int
4014 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
4015 {
4016
4017         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4018         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
4019         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
4020 }
4021
4022 /*
4023  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
4024  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4025  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4026  * specified virtual address.
4027  */
4028 static __inline vm_page_t
4029 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4030 {
4031
4032         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4033         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
4034 }
4035
4036 /*
4037  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
4038  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
4039  * inconsistent state.
4040  */
4041 static void
4042 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
4043     vm_offset_t va, vm_size_t size)
4044 {
4045         register_t intr;
4046
4047         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4048
4049         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
4050                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
4051
4052         /*
4053          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
4054          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
4055          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
4056          */
4057         intr = intr_disable();
4058
4059         /*
4060          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
4061          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
4062          * lookup the physical address.
4063          */
4064         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
4065
4066         /*
4067          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
4068          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
4069          * entries.
4070          */
4071         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
4072
4073         /* Create the new mapping */
4074         pmap_store(pte, newpte);
4075         dsb(ishst);
4076
4077         intr_restore(intr);
4078 }
4079
4080 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4081 /*
4082  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4083  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4084  * for the 2MB page mapping.
4085  */
4086 static void
4087 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4088     struct rwlock **lockp)
4089 {
4090         struct md_page *pvh;
4091         pv_entry_t pv;
4092         vm_offset_t va_last;
4093         vm_page_t m;
4094
4095         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
4096             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
4097         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4098
4099         /*
4100          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4101          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4102          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4103          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4104          * mappings that is being promoted.
4105          */
4106         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4107         va = va & ~L2_OFFSET;
4108         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4109         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
4110         pvh = page_to_pvh(m);
4111         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4112         pvh->pv_gen++;
4113         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4114         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4115         do {
4116                 m++;
4117                 va += PAGE_SIZE;
4118                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4119         } while (va < va_last);
4120 }
4121
4122 /*
4123  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4124  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
4125  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4126  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4127  * identical characteristics.
4128  */
4129 static void
4130 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
4131     struct rwlock **lockp)
4132 {
4133         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
4134
4135         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4136         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4137
4138         /*
4139          * Examine the first L3E in the specified PTP.  Abort if this L3E is
4140          * ineligible for promotion, invalid, or does not map the first 4KB
4141          * physical page within a 2MB page.
4142          */
4143         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4144         newl2 = pmap_load(firstl3);
4145         if ((newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
4146                 return;
4147         if ((newl2 & ((~ATTR_MASK & L2_OFFSET) | ATTR_DESCR_MASK)) != L3_PAGE) {
4148                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4149                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4150                     " in pmap %p", va, pmap);
4151                 return;
4152         }
4153
4154         /*
4155          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
4156          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean L3E before
4157          * possibly aborting the promotion due to other L3E attributes.  Why?
4158          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
4159          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
4160          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
4161          * set AP_RO and clear AF in the L3Es for the rest of [S, E).  Later,
4162          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
4163          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
4164          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
4165          * that is writeable but AP_RO is set and AF is clear in P's L3E.
4166          * Unless we write protect P before aborting the promotion, if and
4167          * when P is finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
4168          * repromotion.
4169          */
4170 setl2:
4171         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4172             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4173                 /*
4174                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
4175                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
4176                  */
4177                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
4178                         goto setl2;
4179                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
4180         }
4181         if ((newl2 & ATTR_AF) == 0) {
4182                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4183                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4184                     " in pmap %p", va, pmap);
4185                 return;
4186         }
4187
4188         /*
4189          * Examine each of the other L3Es in the specified PTP.  Abort if this
4190          * L3E maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4191          * characteristics to the first L3E.
4192          */
4193         pa = (newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4194         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
4195                 oldl3 = pmap_load(l3);
4196                 if ((oldl3 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) != pa) {
4197                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4198                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4199                             " in pmap %p", va, pmap);
4200                         return;
4201                 }
4202 setl3:
4203                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4204                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4205                         /*
4206                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
4207                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
4208                          * invalidation.
4209                          */
4210                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
4211                             ~ATTR_SW_DBM))
4212                                 goto setl3;
4213                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
4214                 }
4215                 if ((oldl3 & ATTR_MASK) != (newl2 & ATTR_MASK)) {
4216                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4217                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4218                             " in pmap %p", va, pmap);
4219                         return;
4220                 }
4221                 pa -= PAGE_SIZE;
4222         }
4223
4224         /*
4225          * Save the page table page in its current state until the L2
4226          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
4227          * destroyed by pmap_remove_l3().
4228          */
4229         if (mpte == NULL)
4230                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4231         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4232             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4233             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
4234         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
4235             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
4236         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
4237                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4238                 CTR2(KTR_PMAP,
4239                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4240                     pmap);
4241                 return;
4242         }
4243
4244         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4245                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4246
4247         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
4248         newl2 |= L2_BLOCK;
4249
4250         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, va & ~L2_OFFSET, L2_SIZE);
4251
4252         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
4253         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
4254             pmap);
4255 }
4256 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4257
4258 static int
4259 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
4260     int psind)
4261 {
4262         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
4263         vm_page_t mp;
4264
4265         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4266         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
4267             ("psind %d unexpected", psind));
4268         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
4269             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
4270             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
4271
4272 restart:
4273         if (psind == 2) {
4274                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4275
4276                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
4277                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4278                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
4279                         if (mp == NULL) {
4280                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4281                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4282                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4283                                 vm_wait(NULL);
4284                                 PMAP_LOCK(pmap);
4285                                 goto restart;
4286                         }
4287                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4288                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4289                         origpte = pmap_load(l1p);
4290                 } else {
4291                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4292                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4293                         origpte = pmap_load(l1p);
4294                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4295                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
4296                                     ~ATTR_MASK);
4297                                 mp->ref_count++;
4298                         }
4299                 }
4300                 KASSERT(((origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK) &&
4301                     (origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) ||
4302                     (origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
4303                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
4304                     va, origpte, newpte));
4305                 pmap_store(l1p, newpte);
4306         } else /* (psind == 1) */ {
4307                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
4308                 if (l2p == NULL) {
4309                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
4310                         if (mp == NULL) {
4311                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4312                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4313                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4314                                 vm_wait(NULL);
4315                                 PMAP_LOCK(pmap);
4316                                 goto restart;
4317                         }
4318                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
4319                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
4320                         origpte = pmap_load(l2p);
4321                 } else {
4322                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4323                         origpte = pmap_load(l2p);
4324                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4325                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
4326                                     ~ATTR_MASK);
4327                                 mp->ref_count++;
4328                         }
4329                 }
4330                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
4331                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4332                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
4333                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
4334                     va, origpte, newpte));
4335                 pmap_store(l2p, newpte);
4336         }
4337         dsb(ishst);
4338
4339         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4340                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
4341         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4342                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4343         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
4344             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4345                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4346
4347         return (KERN_SUCCESS);
4348 }
4349
4350 /*
4351  *      Insert the given physical page (p) at
4352  *      the specified virtual address (v) in the
4353  *      target physical map with the protection requested.
4354  *
4355  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4356  *      that the related pte can not be reclaimed.
4357  *
4358  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4359  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4360  *      insert this page into the given map NOW.
4361  */
4362 int
4363 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4364     u_int flags, int8_t psind)
4365 {
4366         struct rwlock *lock;
4367         pd_entry_t *pde;
4368         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4369         pt_entry_t *l2, *l3;
4370         pv_entry_t pv;
4371         vm_paddr_t opa, pa;
4372         vm_page_t mpte, om;
4373         boolean_t nosleep;
4374         int lvl, rv;
4375
4376         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4377             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4378
4379         va = trunc_page(va);
4380         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4381                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4382         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4383         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4384         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4385         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4386
4387         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4388                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4389         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4390                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4391                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4392                 else
4393                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4394                 if (pmap != kernel_pmap)
4395                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4396         } else {
4397                 /*
4398                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4399                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4400                  * required to invalidate the I-cache.
4401                  *
4402                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4403                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4404                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4405                  * correctly if it is clear.
4406                  */
4407                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4408                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4409         }
4410         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4411                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4412                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4413                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4414                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4415                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4416                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4417                                 else
4418                                         new_l3 &=
4419                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4420                         }
4421                 }
4422         }
4423
4424         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4425
4426         lock = NULL;
4427         PMAP_LOCK(pmap);
4428         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4429                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4430                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4431                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4432                 if (psind == 2) {
4433                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4434                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4435                 } else /* (psind == 1) */
4436                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4437                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4438                 goto out;
4439         }
4440         if (psind == 1) {
4441                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4442                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4443                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4444                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4445                     flags, m, &lock);
4446                 goto out;
4447         }
4448         mpte = NULL;
4449
4450         /*
4451          * In the case that a page table page is not
4452          * resident, we are creating it here.
4453          */
4454 retry:
4455         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4456         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4457                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4458                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4459                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4460                         mpte->ref_count++;
4461                 }
4462                 goto havel3;
4463         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4464                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4465                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4466                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4467                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4468                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4469                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4470                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4471                                 mpte->ref_count++;
4472                         }
4473                         goto havel3;
4474                 }
4475                 /* We need to allocate an L3 table. */
4476         }
4477         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4478                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4479
4480                 /*
4481                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4482                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4483                  * was created while we slept.
4484                  */
4485                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4486                     nosleep ? NULL : &lock);
4487                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4488                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4489                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4490                         goto out;
4491                 }
4492                 goto retry;
4493         } else
4494                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4495
4496 havel3:
4497         orig_l3 = pmap_load(l3);
4498         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4499         pv = NULL;
4500
4501         /*
4502          * Is the specified virtual address already mapped?
4503          */
4504         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4505                 /*
4506                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4507                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4508                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4509                  * the PT page will be also.
4510                  */
4511                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4512                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4513                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4514                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4515                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4516                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4517
4518                 /*
4519                  * Remove the extra PT page reference.
4520                  */
4521                 if (mpte != NULL) {
4522                         mpte->ref_count--;
4523                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4524                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4525                              " va: 0x%lx", va));
4526                 }
4527
4528                 /*
4529                  * Has the physical page changed?
4530                  */
4531                 if (opa == pa) {
4532                         /*
4533                          * No, might be a protection or wiring change.
4534                          */
4535                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4536                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4537                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4538                         goto validate;
4539                 }
4540
4541                 /*
4542                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4543                  * the mapping.
4544                  */
4545                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4546                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4547                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4548                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4549                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4550
4551                         /*
4552                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4553                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4554                          * pmap_ts_referenced().
4555                          */
4556                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4557                                 vm_page_dirty(om);
4558                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4559                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4560                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4561                         }
4562                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4563                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4564                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4565                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4566                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4567                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4568                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4569                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4570                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4571                 } else {
4572                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4573                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4574                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4575                 }
4576                 orig_l3 = 0;
4577         } else {
4578                 /*
4579                  * Increment the counters.
4580                  */
4581                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4582                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4583                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4584         }
4585         /*
4586          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4587          */
4588         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4589                 if (pv == NULL) {
4590                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4591                         pv->pv_va = va;
4592                 }
4593                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4594                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4595                 m->md.pv_gen++;
4596                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4597                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4598         }
4599
4600 validate:
4601         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4602                 /*
4603                  * Sync icache if exec permission and attribute
4604                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4605                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4606                  * later, then other can access this page before caches are
4607                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4608                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4609                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4610                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4611                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4612                 */
4613                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4614                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4615                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4616                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4617                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4618                 }
4619         } else {
4620                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4621         }
4622
4623         /*
4624          * Update the L3 entry
4625          */
4626         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4627                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4628                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4629                         /* same PA, different attributes */
4630                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4631                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4632                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4633                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4634                                 vm_page_dirty(m);
4635                 } else {
4636                         /*
4637                          * orig_l3 == new_l3
4638                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4639                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4640                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4641                          * cycle.
4642                          * Another possible reasons are:
4643                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4644                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4645                          *   actual mapping.
4646                          */
4647                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4648                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4649                             __func__, pmap, va, new_l3);
4650                 }
4651         } else {
4652                 /* New mapping */
4653                 pmap_store(l3, new_l3);
4654                 dsb(ishst);
4655         }
4656
4657 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4658         /*
4659          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4660          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4661          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4662          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4663          */
4664         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4665             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4666             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4667             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4668                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, mpte, &lock);
4669         }
4670 #endif
4671
4672         rv = KERN_SUCCESS;
4673 out:
4674         if (lock != NULL)
4675                 rw_wunlock(lock);
4676         PMAP_UNLOCK(pmap);
4677         return (rv);
4678 }
4679
4680 /*
4681  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
4682  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
4683  * value.  See pmap_enter_l2() for the possible error values when "no sleep",
4684  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
4685  */
4686 static int
4687 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4688     struct rwlock **lockp)
4689 {
4690         pd_entry_t new_l2;
4691
4692         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4693         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4694         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4695             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4696
4697         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4698             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4699             L2_BLOCK);
4700         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4701                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4702                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4703         }
4704         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4705             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4706                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4707         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4708                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4709         else
4710                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4711         if (pmap != kernel_pmap)
4712                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4713         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4714             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp));
4715 }
4716
4717 /*
4718  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4719  * zero.
4720  */
4721 static bool
4722 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4723 {
4724         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4725
4726         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4727         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4728         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4729                 if (*pte != 0)
4730                         return (false);
4731         }
4732         return (true);
4733 }
4734
4735 /*
4736  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4737  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE, or
4738  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
4739  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB page mapping already exists
4740  * within the 2MB virtual address range starting at the specified virtual
4741  * address.  Returns KERN_NO_SPACE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a
4742  * 2MB page mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4743  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a
4744  * page table page allocation failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified
4745  * and a PV entry allocation failed.
4746  */
4747 static int
4748 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4749     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4750 {
4751         struct spglist free;
4752         pd_entry_t *l2, old_l2;
4753         vm_page_t l2pg, mt;
4754
4755         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4756         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4757             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4758
4759         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4760             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4761                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4762                     va, pmap);
4763                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4764         }
4765
4766         /*
4767          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4768          */
4769         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4770                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4771                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4772                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4773                         if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4774                                 if (l2pg != NULL)
4775                                         l2pg->ref_count--;
4776                                 CTR2(KTR_PMAP,
4777                                     "pmap_enter_l2: no space for va %#lx"
4778                                     " in pmap %p", va, pmap);
4779                                 return (KERN_NO_SPACE);
4780                         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4781                             !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK)) {
4782                                 if (l2pg != NULL)
4783                                         l2pg->ref_count--;
4784                                 CTR2(KTR_PMAP,
4785                                     "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4786                                     " in pmap %p", va, pmap);
4787                                 return (KERN_FAILURE);
4788                         }
4789                 }
4790                 SLIST_INIT(&free);
4791                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4792                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4793                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4794                 else
4795                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4796                             &free, lockp);
4797                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4798                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4799                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4800                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4801                 } else {
4802                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4803                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4804
4805                         /*
4806                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4807                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4808                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4809                          * entry for the kernel page table page, so request
4810                          * an invalidation at all levels after clearing
4811                          * the L2_TABLE entry.
4812                          */
4813                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4814                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4815                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4816                         pmap_clear(l2);
4817                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
4818                 }
4819         }
4820
4821         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4822                 /*
4823                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4824                  */
4825                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4826                         if (l2pg != NULL)
4827                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4828                         CTR2(KTR_PMAP,
4829                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4830                             va, pmap);
4831                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4832                 }
4833                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4834                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4835                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4836         }
4837
4838         /*
4839          * Increment counters.
4840          */
4841         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4842                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4843         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4844
4845         /*
4846          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4847          */
4848         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4849             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4850             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4851                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4852                     L2_SIZE);
4853         }
4854
4855         /*
4856          * Map the superpage.
4857          */
4858         pmap_store(l2, new_l2);
4859         dsb(ishst);
4860
4861         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4862         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4863             va, pmap);
4864
4865         return (KERN_SUCCESS);
4866 }
4867
4868 /*
4869  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4870  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4871  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4872  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4873  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4874  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4875  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4876  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4877  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4878  * corresponding offset from m_start are mapped.
4879  */
4880 void
4881 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4882     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4883 {
4884         struct rwlock *lock;
4885         vm_offset_t va;
4886         vm_page_t m, mpte;
4887         vm_pindex_t diff, psize;
4888         int rv;
4889
4890         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4891
4892         psize = atop(end - start);
4893         mpte = NULL;
4894         m = m_start;
4895         lock = NULL;
4896         PMAP_LOCK(pmap);
4897         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4898                 va = start + ptoa(diff);
4899                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4900                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4901                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
4902                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
4903                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4904                 else
4905                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4906                             &lock);
4907                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4908         }
4909         if (lock != NULL)
4910                 rw_wunlock(lock);
4911         PMAP_UNLOCK(pmap);
4912 }
4913
4914 /*
4915  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4916  * 1. Current pmap & pmap exists.
4917  * 2. Not wired.
4918  * 3. Read access.
4919  * 4. No page table pages.
4920  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4921  */
4922
4923 void
4924 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4925 {
4926         struct rwlock *lock;
4927
4928         lock = NULL;
4929         PMAP_LOCK(pmap);
4930         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4931         if (lock != NULL)
4932                 rw_wunlock(lock);
4933         PMAP_UNLOCK(pmap);
4934 }
4935
4936 static vm_page_t
4937 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4938     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4939 {
4940         pd_entry_t *pde;
4941         pt_entry_t *l1, *l2, *l3, l3_val;
4942         vm_paddr_t pa;
4943         int lvl;
4944
4945         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4946             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4947             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4948         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4949         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4950         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4951             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4952
4953         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4954         /*
4955          * In the case that a page table page is not
4956          * resident, we are creating it here.
4957          */
4958         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4959                 vm_pindex_t l2pindex;
4960
4961                 /*
4962                  * Calculate pagetable page index
4963                  */
4964                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4965                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4966                         mpte->ref_count++;
4967                 } else {
4968                         /*
4969                          * If the page table page is mapped, we just increment
4970                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4971                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
4972                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
4973                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
4974                          * retry.  Instead, we give up.
4975                          */
4976                         l1 = pmap_l1(pmap, va);
4977                         if (l1 != NULL && pmap_load(l1) != 0) {
4978                                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4979                                     L1_BLOCK)
4980                                         return (NULL);
4981                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
4982                                 if (pmap_load(l2) != 0) {
4983                                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4984                                             L2_BLOCK)
4985                                                 return (NULL);
4986                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) &
4987                                             ~ATTR_MASK);
4988                                         mpte->ref_count++;
4989                                 } else {
4990                                         mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex,
4991                                             NULL);
4992                                         if (mpte == NULL)
4993                                                 return (mpte);
4994                                 }
4995                         } else {
4996                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4997                                 if (mpte == NULL)
4998                                         return (mpte);
4999                         }
5000                 }
5001                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5002                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
5003         } else {
5004                 mpte = NULL;
5005                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
5006                 KASSERT(pde != NULL,
5007                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
5008                      va));
5009                 KASSERT(lvl == 2,
5010                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
5011                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
5012         }
5013
5014         /*
5015          * Abort if a mapping already exists.
5016          */
5017         if (pmap_load(l3) != 0) {
5018                 if (mpte != NULL)
5019                         mpte->ref_count--;
5020                 return (NULL);
5021         }
5022
5023         /*
5024          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5025          */
5026         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5027             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5028                 if (mpte != NULL)
5029                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
5030                 return (NULL);
5031         }
5032
5033         /*
5034          * Increment counters
5035          */
5036         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5037
5038         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5039         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
5040             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
5041         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
5042             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
5043                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
5044         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
5045                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
5046         else
5047                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
5048         if (pmap != kernel_pmap)
5049                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
5050
5051         /*
5052          * Now validate mapping with RO protection
5053          */
5054         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
5055                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
5056                 l3_val &= ~ATTR_AF;
5057         }
5058
5059         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
5060         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
5061             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
5062                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
5063
5064         pmap_store(l3, l3_val);
5065         dsb(ishst);
5066
5067         return (mpte);
5068 }
5069
5070 /*
5071  * This code maps large physical mmap regions into the
5072  * processor address space.  Note that some shortcuts
5073  * are taken, but the code works.
5074  */
5075 void
5076 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5077     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5078 {
5079
5080         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5081         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5082             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5083 }
5084
5085 /*
5086  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5087  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5088  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5089  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5090  *
5091  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
5092  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
5093  */
5094 void
5095 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5096 {
5097         vm_offset_t va_next;
5098         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
5099         pt_entry_t *l3;
5100
5101         PMAP_LOCK(pmap);
5102         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5103                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5104                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5105                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5106                         if (va_next < sva)
5107                                 va_next = eva;
5108                         continue;
5109                 }
5110
5111                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5112                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5113                 if (va_next < sva)
5114                         va_next = eva;
5115                 if (pmap_load(l1) == 0)
5116                         continue;
5117
5118                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5119                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5120                         KASSERT(va_next <= eva,
5121                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5122                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5123                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
5124                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
5125                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
5126                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
5127                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
5128                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
5129                         continue;
5130                 }
5131
5132                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5133                 if (va_next < sva)
5134                         va_next = eva;
5135
5136                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5137                 if (pmap_load(l2) == 0)
5138                         continue;
5139
5140                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5141                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
5142                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
5143                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
5144
5145                         /*
5146                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5147                          * demote the mapping and fall through.
5148                          */
5149                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
5150                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
5151                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
5152                                     PAGE_SIZE;
5153                                 continue;
5154                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
5155                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5156                 }
5157                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5158                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
5159
5160                 if (va_next > eva)
5161                         va_next = eva;
5162                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5163                     sva += L3_SIZE) {
5164                         if (pmap_load(l3) == 0)
5165                                 continue;
5166                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
5167                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
5168                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
5169
5170                         /*
5171                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
5172                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
5173                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
5174                          */
5175                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
5176                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5177                 }
5178         }
5179         PMAP_UNLOCK(pmap);
5180 }
5181
5182 /*
5183  *      Copy the range specified by src_addr/len
5184  *      from the source map to the range dst_addr/len
5185  *      in the destination map.
5186  *
5187  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5188  *
5189  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
5190  *      it should not have to flush the instruction cache.
5191  */
5192 void
5193 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5194     vm_offset_t src_addr)
5195 {
5196         struct rwlock *lock;
5197         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
5198         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
5199         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
5200         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
5201
5202         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
5203         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
5204
5205         if (dst_addr != src_addr)
5206                 return;
5207         end_addr = src_addr + len;
5208         lock = NULL;
5209         if (dst_pmap < src_pmap) {
5210                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5211                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5212         } else {
5213                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5214                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5215         }
5216         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5217                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
5218                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5219                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5220                         if (va_next < addr)
5221                                 va_next = end_addr;
5222                         continue;
5223                 }
5224
5225                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5226                 if (va_next < addr)
5227                         va_next = end_addr;
5228                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
5229                 if (pmap_load(l1) == 0)
5230                         continue;
5231                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5232                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5233                         KASSERT(va_next <= end_addr,
5234                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5235                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5236                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5237                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
5238                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5239                         if (l1 == NULL) {
5240                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
5241                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
5242                                         break;
5243                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5244                         } else {
5245                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
5246                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
5247                                     ~ATTR_MASK);
5248                                 dst_m->ref_count++;
5249                         }
5250                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
5251                             ("1G mapping present in dst pmap "
5252                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5253                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5254                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
5255                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
5256                         continue;
5257                 }
5258
5259                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5260                 if (va_next < addr)
5261                         va_next = end_addr;
5262                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
5263                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
5264                 if (srcptepaddr == 0)
5265                         continue;
5266                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5267                         /*
5268                          * We can only virtual copy whole superpages.
5269                          */
5270                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
5271                             addr + L2_SIZE > end_addr)
5272                                 continue;
5273                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
5274                         if (l2 == NULL)
5275                                 break;
5276                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
5277                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
5278                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5279                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5280                                 /*
5281                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5282                                  * managed read/write superpage mappings are
5283                                  * required to be dirty.  However, managed
5284                                  * superpage mappings are not required to
5285                                  * have their accessed bit set, so we clear
5286                                  * it because we don't know if this mapping
5287                                  * will be used.
5288                                  */
5289                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5290                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5291                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5292                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5293                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5294                                     PAGE_SIZE);
5295                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5296                         } else
5297                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5298                         continue;
5299                 }
5300                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5301                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5302                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5303                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5304                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5305                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5306                 if (va_next > end_addr)
5307                         va_next = end_addr;
5308                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5309                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5310                 dstmpte = NULL;
5311                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5312                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5313
5314                         /*
5315                          * We only virtual copy managed pages.
5316                          */
5317                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5318                                 continue;
5319
5320                         if (dstmpte != NULL) {
5321                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5322                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5323                                 dstmpte->ref_count++;
5324                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5325                             NULL)) == NULL)
5326                                 goto out;
5327                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5328                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5329                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5330                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5331                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5332                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5333                                 /*
5334                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5335                                  * (referenced) bits during the copy.
5336                                  */
5337                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5338                                 nbits = 0;
5339                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5340                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5341                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5342                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5343                         } else {
5344                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5345                                 goto out;
5346                         }
5347                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5348                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5349                                 break;
5350                 }
5351         }
5352 out:
5353         /*
5354          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5355          * not active.
5356          */
5357         dsb(ishst);
5358
5359         if (lock != NULL)
5360                 rw_wunlock(lock);
5361         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5362         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5363 }
5364
5365 /*
5366  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5367  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5368  */
5369 void
5370 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5371 {
5372         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5373
5374         pagezero((void *)va);
5375 }
5376
5377 /*
5378  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5379  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5380  *
5381  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5382  */
5383 void
5384 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5385 {
5386         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5387
5388         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5389                 pagezero((void *)va);
5390         else
5391                 bzero((char *)va + off, size);
5392 }
5393
5394 /*
5395  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5396  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5397  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5398  *      time.
5399  */
5400 void
5401 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5402 {
5403         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5404         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5405
5406         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5407 }
5408
5409 int unmapped_buf_allowed = 1;
5410
5411 void
5412 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5413     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5414 {
5415         void *a_cp, *b_cp;
5416         vm_page_t m_a, m_b;
5417         vm_paddr_t p_a, p_b;
5418         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5419         int cnt;
5420
5421         while (xfersize > 0) {
5422                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5423                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5424                 p_a = m_a->phys_addr;
5425                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5426                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5427                 p_b = m_b->phys_addr;
5428                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5429                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5430                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5431                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5432                 } else {
5433                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5434                 }
5435                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5436                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5437                 } else {
5438                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5439                 }
5440                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5441                 a_offset += cnt;
5442                 b_offset += cnt;
5443                 xfersize -= cnt;
5444         }
5445 }
5446
5447 vm_offset_t
5448 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5449 {
5450
5451         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5452 }
5453
5454 void
5455 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5456 {
5457 }
5458
5459 /*
5460  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5461  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5462  * be changed upwards or downwards in the future; it
5463  * is only necessary that true be returned for a small
5464  * subset of pmaps for proper page aging.
5465  */
5466 boolean_t
5467 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5468 {
5469         struct md_page *pvh;
5470         struct rwlock *lock;
5471         pv_entry_t pv;
5472         int loops = 0;
5473         boolean_t rv;
5474
5475         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5476             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5477         rv = FALSE;
5478         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5479         rw_rlock(lock);
5480         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5481                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5482                         rv = TRUE;
5483                         break;
5484                 }
5485                 loops++;
5486                 if (loops >= 16)
5487                         break;
5488         }
5489         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5490                 pvh = page_to_pvh(m);
5491                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5492                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5493                                 rv = TRUE;
5494                                 break;
5495                         }
5496                         loops++;
5497                         if (loops >= 16)
5498                                 break;
5499                 }
5500         }
5501         rw_runlock(lock);
5502         return (rv);
5503 }
5504
5505 /*
5506  *      pmap_page_wired_mappings:
5507  *
5508  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5509  *      that are wired.
5510  */
5511 int
5512 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5513 {
5514         struct rwlock *lock;
5515         struct md_page *pvh;
5516         pmap_t pmap;
5517         pt_entry_t *pte;
5518         pv_entry_t pv;
5519         int count, md_gen, pvh_gen;
5520
5521         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5522                 return (0);
5523         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5524         rw_rlock(lock);
5525 restart:
5526         count = 0;
5527         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5528                 pmap = PV_PMAP(pv);
5529                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5530                         md_gen = m->md.pv_gen;
5531                         rw_runlock(lock);
5532                         PMAP_LOCK(pmap);
5533                         rw_rlock(lock);
5534                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5535                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5536                                 goto restart;
5537                         }
5538                 }
5539                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5540                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5541                         count++;
5542                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5543         }
5544         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5545                 pvh = page_to_pvh(m);
5546                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5547                         pmap = PV_PMAP(pv);
5548                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5549                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5550                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5551                                 rw_runlock(lock);
5552                                 PMAP_LOCK(pmap);
5553                                 rw_rlock(lock);
5554                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5555                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5556                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5557                                         goto restart;
5558                                 }
5559                         }
5560                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5561                         if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5562                                 count++;
5563                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5564                 }
5565         }
5566         rw_runlock(lock);
5567         return (count);
5568 }
5569
5570 /*
5571  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5572  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5573  */
5574 bool
5575 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5576 {
5577         struct rwlock *lock;
5578         bool rv;
5579
5580         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5581                 return (false);
5582         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5583         rw_rlock(lock);
5584         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5585             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5586             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5587         rw_runlock(lock);
5588         return (rv);
5589 }
5590
5591 /*
5592  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5593  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5594  * caller.
5595  *
5596  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5597  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5598  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5599  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5600  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5601  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5602  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5603  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5604  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5605  * this function starts.
5606  */
5607 void
5608 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5609 {
5610         pd_entry_t *pde;
5611         pt_entry_t *pte, tpte;
5612         struct spglist free;
5613         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
5614         vm_page_t m, ml3, mt;
5615         pv_entry_t pv;
5616         struct md_page *pvh;
5617         struct pv_chunk *pc, *npc;
5618         struct rwlock *lock;
5619         int64_t bit;
5620         uint64_t inuse, bitmask;
5621         int allfree, field, i, idx, lvl;
5622         int freed __pvused;
5623         vm_paddr_t pa;
5624
5625         lock = NULL;
5626
5627         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5628                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
5629         SLIST_INIT(&free);
5630         PMAP_LOCK(pmap);
5631         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5632                 allfree = 1;
5633                 freed = 0;
5634                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5635                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5636                         while (inuse != 0) {
5637                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5638                                 bitmask = 1UL << bit;
5639                                 idx = field * 64 + bit;
5640                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5641                                 inuse &= ~bitmask;
5642
5643                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5644                                 KASSERT(pde != NULL,
5645                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5646
5647                                 switch(lvl) {
5648                                 case 1:
5649                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5650                                         tpte = pmap_load(pte); 
5651                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5652                                             L2_BLOCK,
5653                                             ("Attempting to remove an invalid "
5654                                             "block: %lx", tpte));
5655                                         break;
5656                                 case 2:
5657                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5658                                         tpte = pmap_load(pte);
5659                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5660                                             L3_PAGE,
5661                                             ("Attempting to remove an invalid "
5662                                              "page: %lx", tpte));
5663                                         break;
5664                                 default:
5665                                         panic(
5666                                             "Invalid page directory level: %d",
5667                                             lvl);
5668                                 }
5669
5670 /*
5671  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5672  */
5673                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5674                                         allfree = 0;
5675                                         continue;
5676                                 }
5677
5678                                 /* Mark free */
5679                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5680
5681                                 /*
5682                                  * Because this pmap is not active on other
5683                                  * processors, the dirty bit cannot have
5684                                  * changed state since we last loaded pte.
5685                                  */
5686                                 pmap_clear(pte);
5687
5688                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5689
5690                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5691                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5692                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5693                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5694                                     (uintmax_t)tpte));
5695
5696                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5697                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5698                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5699                                     (uintmax_t)tpte));
5700
5701                                 /*
5702                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5703                                  */
5704                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5705                                         switch (lvl) {
5706                                         case 1:
5707                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5708                                                         vm_page_dirty(mt);
5709                                                 break;
5710                                         case 2:
5711                                                 vm_page_dirty(m);
5712                                                 break;
5713                                         }
5714                                 }
5715
5716                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5717
5718                                 switch (lvl) {
5719                                 case 1:
5720                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5721                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5722                                         pvh = page_to_pvh(m);
5723                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5724                                         pvh->pv_gen++;
5725                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5726                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5727                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5728                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5729                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5730                                         }
5731                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5732                                             pv->pv_va);
5733                                         if (ml3 != NULL) {
5734                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5735                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5736                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5737                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5738                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5739                                                 ml3->ref_count = 0;
5740                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5741                                                     &free, FALSE);
5742                                         }
5743                                         break;
5744                                 case 2:
5745                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5746                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5747                                             pv_next);
5748                                         m->md.pv_gen++;
5749                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5750                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5751                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5752                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5753                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5754                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5755                                                             PGA_WRITEABLE);
5756                                         }
5757                                         break;
5758                                 }
5759                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5760                                     &free);
5761                                 freed++;
5762                         }
5763                 }
5764                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5765                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5766                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5767                 if (allfree) {
5768                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5769                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc,
5770                             pc_list);
5771                 }
5772         }
5773         if (lock != NULL)
5774                 rw_wunlock(lock);
5775         pmap_invalidate_all(pmap);
5776         free_pv_chunk_batch(free_chunks);
5777         PMAP_UNLOCK(pmap);
5778         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5779 }
5780
5781 /*
5782  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5783  */
5784 static boolean_t
5785 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5786 {
5787         struct rwlock *lock;
5788         pv_entry_t pv;
5789         struct md_page *pvh;
5790         pt_entry_t *pte, mask, value;
5791         pmap_t pmap;
5792         int md_gen, pvh_gen;
5793         boolean_t rv;
5794
5795         rv = FALSE;
5796         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5797         rw_rlock(lock);
5798 restart:
5799         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5800                 pmap = PV_PMAP(pv);
5801                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5802                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5803                         md_gen = m->md.pv_gen;
5804                         rw_runlock(lock);
5805                         PMAP_LOCK(pmap);
5806                         rw_rlock(lock);
5807                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5808                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5809                                 goto restart;
5810                         }
5811                 }
5812                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5813                 mask = 0;
5814                 value = 0;
5815                 if (modified) {
5816                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5817                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5818                 }
5819                 if (accessed) {
5820                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5821                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5822                 }
5823                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5824                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5825                 if (rv)
5826                         goto out;
5827         }
5828         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5829                 pvh = page_to_pvh(m);
5830                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5831                         pmap = PV_PMAP(pv);
5832                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5833                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5834                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5835                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5836                                 rw_runlock(lock);
5837                                 PMAP_LOCK(pmap);
5838                                 rw_rlock(lock);
5839                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5840                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5841                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5842                                         goto restart;
5843                                 }
5844                         }
5845                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5846                         mask = 0;
5847                         value = 0;
5848                         if (modified) {
5849                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5850                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5851                         }
5852                         if (accessed) {
5853                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5854                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5855                         }
5856                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5857                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5858                         if (rv)
5859                                 goto out;
5860                 }
5861         }
5862 out:
5863         rw_runlock(lock);
5864         return (rv);
5865 }
5866
5867 /*
5868  *      pmap_is_modified:
5869  *
5870  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5871  *      in any physical maps.
5872  */
5873 boolean_t
5874 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5875 {
5876
5877         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5878             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5879
5880         /*
5881          * If the page is not busied then this check is racy.
5882          */
5883         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5884                 return (FALSE);
5885         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5886 }
5887
5888 /*
5889  *      pmap_is_prefaultable:
5890  *
5891  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5892  *      for prefault.
5893  */
5894 boolean_t
5895 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5896 {
5897         pd_entry_t *pde;
5898         pt_entry_t *pte;
5899         boolean_t rv;
5900         int lvl;
5901
5902         /*
5903          * Return TRUE if and only if the L3 entry for the specified virtual
5904          * address is allocated but invalid.
5905          */
5906         rv = FALSE;
5907         PMAP_LOCK(pmap);
5908         pde = pmap_pde(pmap, addr, &lvl);
5909         if (pde != NULL && lvl == 2) {
5910                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, addr);
5911                 rv = pmap_load(pte) == 0;
5912         }
5913         PMAP_UNLOCK(pmap);
5914         return (rv);
5915 }
5916
5917 /*
5918  *      pmap_is_referenced:
5919  *
5920  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5921  *      in any physical maps.
5922  */
5923 boolean_t
5924 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5925 {
5926
5927         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5928             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5929         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5930 }
5931
5932 /*
5933  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5934  */
5935 void
5936 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5937 {
5938         struct md_page *pvh;
5939         pmap_t pmap;
5940         struct rwlock *lock;
5941         pv_entry_t next_pv, pv;
5942         pt_entry_t oldpte, *pte, set, clear, mask, val;
5943         vm_offset_t va;
5944         int md_gen, pvh_gen;
5945
5946         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5947             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5948         vm_page_assert_busied(m);
5949
5950         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5951                 return;
5952         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5953         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5954         rw_wlock(lock);
5955 retry:
5956         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5957                 pmap = PV_PMAP(pv);
5958                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5959                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5960                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5961                         rw_wunlock(lock);
5962                         PMAP_LOCK(pmap);
5963                         rw_wlock(lock);
5964                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5965                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5966                                 goto retry;
5967                         }
5968                 }
5969                 va = pv->pv_va;
5970                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5971                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5972                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5973                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5974                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5975                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5976                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5977         }
5978         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5979                 pmap = PV_PMAP(pv);
5980                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5981                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5982                         md_gen = m->md.pv_gen;
5983                         rw_wunlock(lock);
5984                         PMAP_LOCK(pmap);
5985                         rw_wlock(lock);
5986                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5987                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5988                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5989                                 goto retry;
5990                         }
5991                 }
5992                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5993                 oldpte = pmap_load(pte);
5994                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5995                         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
5996                                 set = ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5997                                 clear = 0;
5998                                 mask = ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5999                                 val = ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
6000                         } else {
6001                                 set = 0;
6002                                 clear = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
6003                                 mask = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
6004                                 val = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
6005                         }
6006                         clear |= ATTR_SW_DBM;
6007                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
6008                             (oldpte | set) & ~clear))
6009                                 cpu_spinwait();
6010
6011                         if ((oldpte & mask) == val)
6012                                 vm_page_dirty(m);
6013                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6014                 }
6015                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6016         }
6017         rw_wunlock(lock);
6018         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6019 }
6020
6021 /*
6022  *      pmap_ts_referenced:
6023  *
6024  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6025  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6026  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6027  *      reference bits set.
6028  *
6029  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6030  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6031  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6032  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6033  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6034  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6035  *      to pmap_is_modified().
6036  */
6037 int
6038 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6039 {
6040         struct md_page *pvh;
6041         pv_entry_t pv, pvf;
6042         pmap_t pmap;
6043         struct rwlock *lock;
6044         pt_entry_t *pte, tpte;
6045         vm_offset_t va;
6046         vm_paddr_t pa;
6047         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6048         struct spglist free;
6049
6050         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6051             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6052         SLIST_INIT(&free);
6053         cleared = 0;
6054         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6055         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6056         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6057         rw_wlock(lock);
6058 retry:
6059         not_cleared = 0;
6060         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6061                 goto small_mappings;
6062         pv = pvf;
6063         do {
6064                 if (pvf == NULL)
6065                         pvf = pv;
6066                 pmap = PV_PMAP(pv);
6067                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6068                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6069                         rw_wunlock(lock);
6070                         PMAP_LOCK(pmap);
6071                         rw_wlock(lock);
6072                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6073                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6074                                 goto retry;
6075                         }
6076                 }
6077                 va = pv->pv_va;
6078                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
6079                 tpte = pmap_load(pte);
6080                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
6081                         /*
6082                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
6083                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6084                          * we only update the 4KB page under test.
6085                          */
6086                         vm_page_dirty(m);
6087                 }
6088                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
6089                         /*
6090                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
6091                          * it should not be cleared every time it is tested.
6092                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
6093                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
6094                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
6095                          * which testing the reference bit will result in
6096                          * clearing that reference bit.  This function is
6097                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
6098                          * for every 2MB page mapping.
6099                          *
6100                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6101                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6102                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6103                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6104                          * since the superpage is wired, the current state of
6105                          * its reference bit won't affect page replacement.
6106                          */
6107                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
6108                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
6109                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6110                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
6111                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
6112                                 cleared++;
6113                         } else
6114                                 not_cleared++;
6115                 }
6116                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6117                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6118                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6119                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6120                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6121                         pvh->pv_gen++;
6122                 }
6123                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6124                         goto out;
6125         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6126 small_mappings:
6127         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6128                 goto out;
6129         pv = pvf;
6130         do {
6131                 if (pvf == NULL)
6132                         pvf = pv;
6133                 pmap = PV_PMAP(pv);
6134                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6135                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6136                         md_gen = m->md.pv_gen;
6137                         rw_wunlock(lock);
6138                         PMAP_LOCK(pmap);
6139                         rw_wlock(lock);
6140                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6141                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6142                                 goto retry;
6143                         }
6144                 }
6145                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
6146                 tpte = pmap_load(pte);
6147                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
6148                         vm_page_dirty(m);
6149                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
6150                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6151                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
6152                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6153                                 cleared++;
6154                         } else
6155                                 not_cleared++;
6156                 }
6157                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6158                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6159                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6160                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6161                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6162                         m->md.pv_gen++;
6163                 }
6164         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6165             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6166 out:
6167         rw_wunlock(lock);
6168         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6169         return (cleared + not_cleared);
6170 }
6171
6172 /*
6173  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6174  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6175  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6176  */
6177 void
6178 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6179 {
6180         struct rwlock *lock;
6181         vm_offset_t va, va_next;
6182         vm_page_t m;
6183         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
6184         pt_entry_t *l3, oldl3;
6185
6186         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6187
6188         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6189                 return;
6190
6191         PMAP_LOCK(pmap);
6192         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6193                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
6194                 if (pmap_load(l0) == 0) {
6195                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
6196                         if (va_next < sva)
6197                                 va_next = eva;
6198                         continue;
6199                 }
6200
6201                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
6202                 if (va_next < sva)
6203                         va_next = eva;
6204                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
6205                 if (pmap_load(l1) == 0)
6206                         continue;
6207                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6208                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6209                         continue;
6210                 }
6211
6212                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
6213                 if (va_next < sva)
6214                         va_next = eva;
6215                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
6216                 oldl2 = pmap_load(l2);
6217                 if (oldl2 == 0)
6218                         continue;
6219                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6220                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
6221                                 continue;
6222                         lock = NULL;
6223                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
6224                                 if (lock != NULL)
6225                                         rw_wunlock(lock);
6226
6227                                 /*
6228                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
6229                                  */
6230                                 continue;
6231                         }
6232
6233                         /*
6234                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6235                          * mapping to a single page so that a subsequent
6236                          * access may repromote.  Choosing the last page
6237                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
6238                          * generally results in more repromotions.  Since the
6239                          * underlying page table page is fully populated, this
6240                          * removal never frees a page table page.
6241                          */
6242                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6243                                 va = eva;
6244                                 if (va > va_next)
6245                                         va = va_next;
6246                                 va -= PAGE_SIZE;
6247                                 KASSERT(va >= sva,
6248                                     ("pmap_advise: no address gap"));
6249                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6250                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
6251                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6252                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
6253                                     NULL, &lock);
6254                         }
6255                         if (lock != NULL)
6256                                 rw_wunlock(lock);
6257                 }
6258                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
6259                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
6260                 if (va_next > eva)
6261                         va_next = eva;
6262                 va = va_next;
6263                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
6264                     sva += L3_SIZE) {
6265                         oldl3 = pmap_load(l3);
6266                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
6267                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
6268                                 goto maybe_invlrng;
6269                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
6270                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6271                                         /*
6272                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6273                                          * can be avoided by making the page
6274                                          * dirty now.
6275                                          */
6276                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
6277                                         vm_page_dirty(m);
6278                                 }
6279                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6280                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
6281                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6282                                         cpu_spinwait();
6283                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
6284                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
6285                         else
6286                                 goto maybe_invlrng;
6287                         if (va == va_next)
6288                                 va = sva;
6289                         continue;
6290 maybe_invlrng:
6291                         if (va != va_next) {
6292                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6293                                 va = va_next;
6294                         }
6295                 }
6296                 if (va != va_next)
6297                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6298         }
6299         PMAP_UNLOCK(pmap);
6300 }
6301
6302 /*
6303  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6304  */
6305 void
6306 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6307 {
6308         struct md_page *pvh;
6309         struct rwlock *lock;
6310         pmap_t pmap;
6311         pv_entry_t next_pv, pv;
6312         pd_entry_t *l2, oldl2;
6313         pt_entry_t *l3, oldl3;
6314         vm_offset_t va;
6315         int md_gen, pvh_gen;
6316
6317         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6318             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6319         vm_page_assert_busied(m);
6320
6321         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6322                 return;
6323         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6324         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6325         rw_wlock(lock);
6326 restart:
6327         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6328                 pmap = PV_PMAP(pv);
6329                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6330                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6331                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6332                         rw_wunlock(lock);
6333                         PMAP_LOCK(pmap);
6334                         rw_wlock(lock);
6335                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6336                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6337                                 goto restart;
6338                         }
6339                 }
6340                 va = pv->pv_va;
6341                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6342                 oldl2 = pmap_load(l2);
6343                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6344                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6345                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6346                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6347                         /*
6348                          * Write protect the mapping to a single page so that
6349                          * a subsequent write access may repromote.
6350                          */
6351                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6352                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6353                         oldl3 = pmap_load(l3);
6354                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6355                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6356                                 cpu_spinwait();
6357                         vm_page_dirty(m);
6358                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
6359                 }
6360                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6361         }
6362         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6363                 pmap = PV_PMAP(pv);
6364                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6365                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6366                         md_gen = m->md.pv_gen;
6367                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6368                         rw_wunlock(lock);
6369                         PMAP_LOCK(pmap);
6370                         rw_wlock(lock);
6371                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6372                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6373                                 goto restart;
6374                         }
6375                 }
6376                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6377                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6378                 oldl3 = pmap_load(l3);
6379                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6380                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6381                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6382                 }
6383                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6384         }
6385         rw_wunlock(lock);
6386 }
6387
6388 void *
6389 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6390 {
6391         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6392         vm_offset_t va, offset;
6393         pd_entry_t *pde;
6394         pt_entry_t *l2;
6395         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6396
6397         if (!vm_initialized) {
6398                 /*
6399                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6400                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6401                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6402                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6403                  */
6404                  if (size == 0)
6405                          return (NULL);
6406
6407                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6408                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6409                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6410
6411                 offset = pa & L2_OFFSET;
6412
6413                 if (preinit_map_va == 0)
6414                         return (NULL);
6415
6416                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6417
6418                 free_l2_count = 0;
6419                 start_idx = -1;
6420                 /* Find enough free contiguous VA space */
6421                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6422                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6423                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6424                                 /* Not enough space here */
6425                                 free_l2_count = 0;
6426                                 start_idx = -1;
6427                                 continue;
6428                         }
6429
6430                         if (ppim->pa == 0) {
6431                                 /* Free L2 block */
6432                                 if (start_idx == -1)
6433                                         start_idx = i;
6434                                 free_l2_count++;
6435                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6436                                         break;
6437                         }
6438                 }
6439                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6440                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6441
6442                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6443                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6444                         /* Mark entries as allocated */
6445                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6446                         ppim->pa = pa;
6447                         ppim->va = va + offset;
6448                         ppim->size = size;
6449                 }
6450
6451                 /* Map L2 blocks */
6452                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6453                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6454                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6455                         KASSERT(pde != NULL,
6456                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6457                             va));
6458                         KASSERT(lvl == 1,
6459                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6460
6461                         /* Insert L2_BLOCK */
6462                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6463                         pmap_load_store(l2,
6464                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6465                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6466
6467                         va += L2_SIZE;
6468                         pa += L2_SIZE;
6469                 }
6470                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6471
6472                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6473
6474         } else {
6475                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6476                 offset = pa & PAGE_MASK;
6477                 size = round_page(offset + size);
6478
6479                 va = kva_alloc(size);
6480                 if (va == 0)
6481                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6482
6483                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6484                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6485
6486                 /* L3 table is linked */
6487                 va = trunc_page(va);
6488                 pa = trunc_page(pa);
6489                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6490         }
6491
6492         return ((void *)(va + offset));
6493 }
6494
6495 void
6496 pmap_unmapbios(void *p, vm_size_t size)
6497 {
6498         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6499         vm_offset_t offset, tmpsize, va, va_trunc;
6500         pd_entry_t *pde;
6501         pt_entry_t *l2;
6502         int i, lvl, l2_blocks, block;
6503         bool preinit_map;
6504
6505         va = (vm_offset_t)p;
6506         l2_blocks =
6507            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6508         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6509
6510         /* Remove preinit mapping */
6511         preinit_map = false;
6512         block = 0;
6513         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6514                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6515                 if (ppim->va == va) {
6516                         KASSERT(ppim->size == size,
6517                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6518                         ppim->va = 0;
6519                         ppim->pa = 0;
6520                         ppim->size = 0;
6521                         preinit_map = true;
6522                         offset = block * L2_SIZE;
6523                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6524
6525                         /* Remove L2_BLOCK */
6526                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6527                         KASSERT(pde != NULL,
6528                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6529                             va_trunc));
6530                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6531                         pmap_clear(l2);
6532
6533                         if (block == (l2_blocks - 1))
6534                                 break;
6535                         block++;
6536                 }
6537         }
6538         if (preinit_map) {
6539                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6540                 return;
6541         }
6542
6543         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6544         if (vm_initialized) {
6545                 offset = va & PAGE_MASK;
6546                 size = round_page(offset + size);
6547                 va = trunc_page(va);
6548
6549                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6550                 KASSERT(pde != NULL,
6551                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6552                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6553
6554                 /* Unmap and invalidate the pages */
6555                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6556                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6557
6558                 kva_free(va, size);
6559         }
6560 }
6561
6562 /*
6563  * Sets the memory attribute for the specified page.
6564  */
6565 void
6566 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6567 {
6568
6569         m->md.pv_memattr = ma;
6570
6571         /*
6572          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6573          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6574          * required for data coherence.
6575          */
6576         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6577             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6578             m->md.pv_memattr) != 0)
6579                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6580 }
6581
6582 /*
6583  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6584  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6585  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6586  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6587  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6588  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6589  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6590  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6591  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6592  * same physical page have different memory types.
6593  *
6594  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6595  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6596  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6597  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6598  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6599  * virtual address range or the direct map.
6600  */
6601 int
6602 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6603 {
6604         int error;
6605
6606         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6607         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6608         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6609         return (error);
6610 }
6611
6612 /*
6613  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6614  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6615  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6616  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6617  * map are never executable.
6618  */
6619 int
6620 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6621 {
6622         int error;
6623
6624         /* Only supported within the kernel map. */
6625         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6626                 return (EINVAL);
6627
6628         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6629         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6630         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6631         return (error);
6632 }
6633
6634 static int
6635 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6636     int mode, bool skip_unmapped)
6637 {
6638         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6639         vm_size_t pte_size;
6640         vm_paddr_t pa;
6641         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6642         pt_entry_t bits, mask;
6643         int lvl, rv;
6644
6645         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6646         base = trunc_page(va);
6647         offset = va & PAGE_MASK;
6648         size = round_page(offset + size);
6649
6650         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6651             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6652                 return (EINVAL);
6653
6654         bits = 0;
6655         mask = 0;
6656         if (mode != -1) {
6657                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6658                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6659                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6660                         mask |= ATTR_S1_XN;
6661                         bits |= ATTR_S1_XN;
6662                 }
6663         }
6664         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6665                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6666                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6667                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6668                         /*
6669                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6670                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6671                          * instructions.
6672                          */
6673                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6674                 }
6675
6676                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6677                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6678                 }
6679                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6680                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6681                 }
6682                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6683                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6684         }
6685
6686         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6687                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6688                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6689                         return (EINVAL);
6690                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6691                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6692                         /*
6693                          * We already have the correct attribute or there
6694                          * is no memory mapped at this address and we are
6695                          * skipping unmapped memory.
6696                          */
6697                         switch (lvl) {
6698                         default:
6699                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6700                         case 1:
6701                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6702                                 break;
6703                         case 2:
6704                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6705                                 break;
6706                         case 3:
6707                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6708                                 break;
6709                         }
6710                 } else {
6711                         /* We can't demote/promote this entry */
6712                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6713
6714                         /*
6715                          * Split the entry to an level 3 table, then
6716                          * set the new attribute.
6717                          */
6718                         switch (lvl) {
6719                         default:
6720                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6721                         case 1:
6722                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6723                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6724                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6725                                         pte_size = L1_SIZE;
6726                                         break;
6727                                 }
6728                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6729                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6730                                 if (newpte == NULL)
6731                                         return (EINVAL);
6732                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6733                                 /* FALLTHROUGH */
6734                         case 2:
6735                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6736                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6737                                         pte_size = L2_SIZE;
6738                                         break;
6739                                 }
6740                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6741                                     tmpva);
6742                                 if (newpte == NULL)
6743                                         return (EINVAL);
6744                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6745                                 /* FALLTHROUGH */
6746                         case 3:
6747                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6748                                 break;
6749                         }
6750
6751                         /* Update the entry */
6752                         pte = pmap_load(ptep);
6753                         pte &= ~mask;
6754                         pte |= bits;
6755
6756                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6757                             pte_size);
6758
6759                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6760                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6761                                 /*
6762                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6763                                  */
6764                                 rv = pmap_change_props_locked(
6765                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6766                                     prot, mode, true);
6767                                 if (rv != 0)
6768                                         return (rv);
6769                         }
6770
6771                         /*
6772                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6773                          * the cache.
6774                          */
6775                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6776                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6777                         tmpva += pte_size;
6778                 }
6779         }
6780
6781         return (0);
6782 }
6783
6784 /*
6785  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6786  */
6787 static pt_entry_t *
6788 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6789 {
6790         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6791         vm_offset_t tmpl1;
6792         vm_paddr_t l2phys, phys;
6793         vm_page_t ml2;
6794         int i;
6795
6796         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6797         oldl1 = pmap_load(l1);
6798         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6799         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6800             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6801         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6802             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6803         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6804             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6805         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6806             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6807
6808         tmpl1 = 0;
6809         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6810                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6811                 if (tmpl1 == 0)
6812                         return (NULL);
6813         }
6814
6815         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6816             NULL) {
6817                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6818                     " in pmap %p", va, pmap);
6819                 l2 = NULL;
6820                 goto fail;
6821         }
6822
6823         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6824         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6825
6826         /* Address the range points at */
6827         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6828         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6829         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6830
6831         /* Create the new entries */
6832         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6833                 l2[i] = newl2 | phys;
6834                 phys += L2_SIZE;
6835         }
6836         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6837             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6838             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6839
6840         if (tmpl1 != 0) {
6841                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6842                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6843                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6844                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6845         }
6846
6847         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6848
6849 fail:
6850         if (tmpl1 != 0) {
6851                 pmap_kremove(tmpl1);
6852                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6853         }
6854
6855         return (l2);
6856 }
6857
6858 static void
6859 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6860 {
6861         pt_entry_t *l3;
6862
6863         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6864                 *l3 = newl3;
6865                 newl3 += L3_SIZE;
6866         }
6867 }
6868
6869 static void
6870 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6871     struct rwlock **lockp)
6872 {
6873         struct spglist free;
6874
6875         SLIST_INIT(&free);
6876         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6877             lockp);
6878         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6879 }
6880
6881 /*
6882  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6883  */
6884 static pt_entry_t *
6885 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6886     struct rwlock **lockp)
6887 {
6888         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6889         vm_offset_t tmpl2;
6890         vm_paddr_t l3phys;
6891         vm_page_t ml3;
6892
6893         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6894         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6895         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6896             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6897
6898         l3 = NULL;
6899         oldl2 = pmap_load(l2);
6900         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6901             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6902         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6903             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6904         va &= ~L2_OFFSET;
6905
6906         tmpl2 = 0;
6907         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6908                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6909                 if (tmpl2 == 0)
6910                         return (NULL);
6911         }
6912
6913         /*
6914          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6915          * mapping was never accessed.
6916          */
6917         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6918                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6919                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6920                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6921                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6922                     va, pmap);
6923                 goto fail;
6924         }
6925
6926         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6927                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6928                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6929                     " is missing"));
6930
6931                 /*
6932                  * If the page table page is missing and the mapping
6933                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6934                  * either the direct map or the early kernel memory.
6935                  * Page table pages are preallocated for every other
6936                  * part of the kernel address space, so the direct map
6937                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6938                  * kernel address space that must be handled here.
6939                  */
6940                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6941                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6942                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6943
6944                 /*
6945                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6946                  * region of the kernel's address space, then the page
6947                  * allocation request specifies the highest possible
6948                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6949                  * priority is normal.
6950                  */
6951                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6952                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6953                     VM_ALLOC_WIRED);
6954
6955                 /*
6956                  * If the allocation of the new page table page fails,
6957                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6958                  */
6959                 if (ml3 == NULL) {
6960                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6961                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6962                             " in pmap %p", va, pmap);
6963                         goto fail;
6964                 }
6965                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6966
6967                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6968                         ml3->ref_count = NL3PG;
6969                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6970                 }
6971         }
6972         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6973         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6974         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6975         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6976             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6977             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6978
6979         /*
6980          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6981          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6982          *
6983          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6984          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6985          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6986          */
6987         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6988                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6989
6990         /*
6991          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6992          */
6993         if (tmpl2 != 0) {
6994                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6995                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6996                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6997                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6998         }
6999
7000         /*
7001          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
7002          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
7003          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
7004          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
7005          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
7006          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
7007          */
7008         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
7009                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
7010
7011         /*
7012          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
7013          * the 2MB page mapping.
7014          */
7015         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
7016
7017         /*
7018          * Demote the PV entry.
7019          */
7020         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
7021                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
7022
7023         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
7024         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
7025             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
7026
7027 fail:
7028         if (tmpl2 != 0) {
7029                 pmap_kremove(tmpl2);
7030                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
7031         }
7032
7033         return (l3);
7034
7035 }
7036
7037 static pt_entry_t *
7038 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
7039 {
7040         struct rwlock *lock;
7041         pt_entry_t *l3;
7042
7043         lock = NULL;
7044         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
7045         if (lock != NULL)
7046                 rw_wunlock(lock);
7047         return (l3);
7048 }
7049
7050 /*
7051  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
7052  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
7053  * find other mappings.
7054  */
7055 int
7056 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
7057 {
7058         pt_entry_t *pte, tpte;
7059         vm_paddr_t mask, pa;
7060         int lvl, val;
7061         bool managed;
7062
7063         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7064         PMAP_LOCK(pmap);
7065         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
7066         if (pte != NULL) {
7067                 tpte = pmap_load(pte);
7068
7069                 switch (lvl) {
7070                 case 3:
7071                         mask = L3_OFFSET;
7072                         break;
7073                 case 2:
7074                         mask = L2_OFFSET;
7075                         break;
7076                 case 1:
7077                         mask = L1_OFFSET;
7078                         break;
7079                 default:
7080                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
7081                 }
7082
7083                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
7084                 val = MINCORE_INCORE;
7085                 if (lvl != 3)
7086                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
7087                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
7088                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
7089                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7090                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
7091                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7092
7093                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
7094         } else {
7095                 managed = false;
7096                 val = 0;
7097         }
7098
7099         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7100             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
7101                 *pap = pa;
7102         }
7103         PMAP_UNLOCK(pmap);
7104         return (val);
7105 }
7106
7107 /*
7108  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
7109  * reserved.
7110  */
7111 static void
7112 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
7113 {
7114         pmap_t curpmap;
7115         int asid, cpuid, epoch;
7116         struct asid_set *set;
7117         enum pmap_stage stage;
7118
7119         set = pmap->pm_asid_set;
7120         stage = pmap->pm_stage;
7121
7122         set = pmap->pm_asid_set;
7123         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7124         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
7125
7126         /*
7127          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
7128          * loads from pc_curpmap are performed.
7129          */
7130         epoch = set->asid_epoch + 1;
7131         if (epoch == INT_MAX)
7132                 epoch = 0;
7133         set->asid_epoch = epoch;
7134         dsb(ishst);
7135         if (stage == PM_STAGE1) {
7136                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7137         } else {
7138                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
7139                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
7140                     __func__));
7141                 pmap_clean_stage2_tlbi();
7142         }
7143         dsb(ish);
7144         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7145             set->asid_set_size - 1);
7146         CPU_FOREACH(cpuid) {
7147                 if (cpuid == curcpu)
7148                         continue;
7149                 if (stage == PM_STAGE1) {
7150                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
7151                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7152                 } else {
7153                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
7154                         if (curpmap == NULL)
7155                                 continue;
7156                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7157                 }
7158                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
7159                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
7160                 if (asid == -1)
7161                         continue;
7162                 bit_set(set->asid_set, asid);
7163                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
7164         }
7165 }
7166
7167 /*
7168  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
7169  */
7170 static void
7171 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
7172 {
7173         struct asid_set *set;
7174         int new_asid;
7175
7176         set = pmap->pm_asid_set;
7177         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7178
7179         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
7180
7181         /*
7182          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
7183          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
7184          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
7185          * don't need to allocate a new ASID.
7186          */
7187         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
7188                 goto out;
7189
7190         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
7191             &new_asid);
7192         if (new_asid == -1) {
7193                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7194                     set->asid_next, &new_asid);
7195                 if (new_asid == -1) {
7196                         pmap_reset_asid_set(pmap);
7197                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7198                             set->asid_set_size, &new_asid);
7199                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
7200                 }
7201         }
7202         bit_set(set->asid_set, new_asid);
7203         set->asid_next = new_asid + 1;
7204         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
7205 out:
7206         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
7207 }
7208
7209 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
7210
7211 /*
7212  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
7213  * pmap.  This value may change from time to time.
7214  */
7215 uint64_t
7216 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
7217 {
7218         uint64_t ttbr;
7219
7220         ttbr = pmap->pm_ttbr;
7221         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
7222         ttbr |= ttbr_flags;
7223
7224         return (ttbr);
7225 }
7226
7227 static void
7228 pmap_set_cnp(void *arg)
7229 {
7230         uint64_t ttbr0, ttbr1;
7231         u_int cpuid;
7232
7233         cpuid = *(u_int *)arg;
7234         if (cpuid == curcpu) {
7235                 /*
7236                  * Set the flags while all CPUs are handling the
7237                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
7238                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
7239                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
7240                  * to ensure all CPUs can observe this change.
7241                  */
7242                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
7243         }
7244
7245         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
7246         ttbr0 |= TTBR_CnP;
7247
7248         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
7249         ttbr1 |= TTBR_CnP;
7250
7251         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
7252         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
7253         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
7254         isb();
7255         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7256         dsb(ish);
7257         isb();
7258 }
7259
7260 /*
7261  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
7262  * supported on all CPUs.
7263  */
7264 static void
7265 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
7266 {
7267         uint64_t reg;
7268         u_int cpuid;
7269
7270         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
7271                 return;
7272
7273         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
7274                 if (bootverbose)
7275                         printf("Enabling CnP\n");
7276                 cpuid = curcpu;
7277                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
7278         }
7279
7280 }
7281 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
7282
7283 static bool
7284 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
7285 {
7286         struct asid_set *set;
7287         int epoch;
7288
7289         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7290         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7291
7292         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7293             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7294                 /*
7295                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7296                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7297                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7298                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7299                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7300                  * instructions performed on the old processor have completed.
7301                  */
7302                 dsb(ish);
7303                 return (false);
7304         }
7305
7306         set = pmap->pm_asid_set;
7307         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7308
7309         /*
7310          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7311          * load from asid_epoch is performed.
7312          */
7313         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7314                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7315         else
7316                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7317         dsb(ish);
7318         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7319         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7320                 pmap_alloc_asid(pmap);
7321
7322         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7323                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7324                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7325                         invalidate_local_icache();
7326         }
7327         return (true);
7328 }
7329
7330 void
7331 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7332 {
7333
7334         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7335
7336         (void)pmap_activate_int(pmap);
7337 }
7338
7339 void
7340 pmap_activate(struct thread *td)
7341 {
7342         pmap_t  pmap;
7343
7344         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7345         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7346         critical_enter();
7347         (void)pmap_activate_int(pmap);
7348         critical_exit();
7349 }
7350
7351 /*
7352  * Activate the thread we are switching to.
7353  * To simplify the assembly in cpu_throw return the new threads pcb.
7354  */
7355 struct pcb *
7356 pmap_switch(struct thread *new)
7357 {
7358         pcpu_bp_harden bp_harden;
7359         struct pcb *pcb;
7360
7361         /* Store the new curthread */
7362         PCPU_SET(curthread, new);
7363
7364         /* And the new pcb */
7365         pcb = new->td_pcb;
7366         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7367
7368         /*
7369          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7370          * to a user process.
7371          */
7372
7373         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7374                 /*
7375                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7376                  * other processes. This will call into a CPU specific
7377                  * function that clears the branch predictor state.
7378                  */
7379                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7380                 if (bp_harden != NULL)
7381                         bp_harden();
7382         }
7383
7384         return (pcb);
7385 }
7386
7387 void
7388 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7389 {
7390
7391         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7392         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7393             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7394
7395         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7396                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7397         } else {
7398                 u_int len, offset;
7399                 vm_paddr_t pa;
7400
7401                 /* Find the length of data in this page to flush */
7402                 offset = va & PAGE_MASK;
7403                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7404
7405                 while (sz != 0) {
7406                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7407                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7408                         if (pa != 0)
7409                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7410
7411                         /* Move to the next page */
7412                         sz -= len;
7413                         va += len;
7414                         /* Set the length for the next iteration */
7415                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7416                 }
7417         }
7418 }
7419
7420 static int
7421 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7422 {
7423         pd_entry_t *pdep;
7424         pt_entry_t *ptep, pte;
7425         int rv, lvl, dfsc;
7426
7427         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7428         rv = KERN_FAILURE;
7429
7430         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7431         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7432         switch (dfsc) {
7433         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7434         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7435         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7436         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7437                 PMAP_LOCK(pmap);
7438                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7439                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7440                         PMAP_LOCK(pmap);
7441                         break;
7442                 }
7443
7444                 switch (lvl) {
7445                 case 0:
7446                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7447                         break;
7448                 case 1:
7449                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7450                         break;
7451                 case 2:
7452                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7453                         break;
7454                 default:
7455                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7456                 }
7457                 goto fault_exec;
7458
7459         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7460         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7461         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7462                 PMAP_LOCK(pmap);
7463                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7464 fault_exec:
7465                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7466                         if (icache_vmid) {
7467                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7468                         } else {
7469                                 /*
7470                                  * If accessing an executable page invalidate
7471                                  * the I-cache so it will be valid when we
7472                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7473                                  * is assumed to already be clean to the Point
7474                                  * of Coherency.
7475                                  */
7476                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7477                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7478                                         invalidate_icache();
7479                                 }
7480                         }
7481                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7482                         rv = KERN_SUCCESS;
7483                 }
7484                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7485                 break;
7486         }
7487
7488         return (rv);
7489 }
7490
7491 int
7492 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7493 {
7494         pt_entry_t pte, *ptep;
7495         register_t intr;
7496         uint64_t ec, par;
7497         int lvl, rv;
7498
7499         rv = KERN_FAILURE;
7500
7501         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7502         switch (ec) {
7503         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7504         case EXCP_INSN_ABORT:
7505         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7506         case EXCP_DATA_ABORT:
7507                 break;
7508         default:
7509                 return (rv);
7510         }
7511
7512         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7513                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7514
7515         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7516         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7517         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7518         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7519         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7520                 PMAP_LOCK(pmap);
7521                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7522                 if (ptep != NULL) {
7523                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7524                         rv = KERN_SUCCESS;
7525                         /*
7526                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7527                          * dirty if this is a write fault.
7528                          */
7529                 }
7530                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7531                 break;
7532         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7533         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7534         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7535                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7536                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7537                         return (rv);
7538                 PMAP_LOCK(pmap);
7539                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7540                 if (ptep != NULL &&
7541                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7542                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7543                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7544                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7545                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, far, true);
7546                         }
7547                         rv = KERN_SUCCESS;
7548                 }
7549                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7550                 break;
7551         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7552         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7553         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7554         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7555                 /*
7556                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7557                  * produce a transient fault.
7558                  */
7559                 if (pmap == kernel_pmap) {
7560                         /*
7561                          * The translation fault may have occurred within a
7562                          * critical section.  Therefore, we must check the
7563                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7564                          */
7565                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7566                                 rv = KERN_SUCCESS;
7567                 } else {
7568                         PMAP_LOCK(pmap);
7569                         /* Ask the MMU to check the address. */
7570                         intr = intr_disable();
7571                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7572                         intr_restore(intr);
7573                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7574
7575                         /*
7576                          * If the translation was successful, then we can
7577                          * return success to the trap handler.
7578                          */
7579                         if (PAR_SUCCESS(par))
7580                                 rv = KERN_SUCCESS;
7581                 }
7582                 break;
7583         }
7584
7585         return (rv);
7586 }
7587
7588 /*
7589  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7590  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7591  */
7592 void
7593 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7594     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7595 {
7596         vm_offset_t superpage_offset;
7597
7598         if (size < L2_SIZE)
7599                 return;
7600         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7601                 offset += ptoa(object->pg_color);
7602         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7603         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7604             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7605                 return;
7606         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7607                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7608         else
7609                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7610 }
7611
7612 /**
7613  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7614  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7615  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7616  *
7617  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7618  *                    address on the kernel memory map.
7619  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7620  *                    of the pages passed in the page parameter.
7621  * \param count       Number of pages passed in.
7622  * \param can_fault   true if the thread using the mapped pages can take
7623  *                    page faults, false otherwise.
7624  *
7625  * \returns true if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7626  *          finished or false otherwise.
7627  *
7628  */
7629 bool
7630 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7631     bool can_fault)
7632 {
7633         vm_paddr_t paddr;
7634         bool needs_mapping;
7635         int error __diagused, i;
7636
7637         /*
7638          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7639          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7640          */
7641         needs_mapping = false;
7642         for (i = 0; i < count; i++) {
7643                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7644                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7645                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7646                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7647                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7648                         needs_mapping = true;
7649                 } else {
7650                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7651                 }
7652         }
7653
7654         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7655         if (!needs_mapping)
7656                 return (false);
7657
7658         if (!can_fault)
7659                 sched_pin();
7660         for (i = 0; i < count; i++) {
7661                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7662                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7663                         panic(
7664                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7665                 }
7666         }
7667
7668         return (needs_mapping);
7669 }
7670
7671 void
7672 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7673     bool can_fault)
7674 {
7675         vm_paddr_t paddr;
7676         int i;
7677
7678         if (!can_fault)
7679                 sched_unpin();
7680         for (i = 0; i < count; i++) {
7681                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7682                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7683                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7684                 }
7685         }
7686 }
7687
7688 boolean_t
7689 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7690 {
7691
7692         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7693 }
7694
7695 #if defined(KASAN)
7696 static vm_paddr_t       pmap_san_early_kernstart;
7697 static pd_entry_t       *pmap_san_early_l2;
7698
7699 void __nosanitizeaddress
7700 pmap_san_bootstrap(struct arm64_bootparams *abp)
7701 {
7702
7703         pmap_san_early_kernstart = KERNBASE - abp->kern_delta;
7704         kasan_init_early(abp->kern_stack, KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE);
7705 }
7706
7707 #define SAN_BOOTSTRAP_L2_SIZE   (1 * L2_SIZE)
7708 #define SAN_BOOTSTRAP_SIZE      (2 * PAGE_SIZE)
7709 static vm_offset_t __nosanitizeaddress
7710 pmap_san_enter_bootstrap_alloc_l2(void)
7711 {
7712         static uint8_t bootstrap_data[SAN_BOOTSTRAP_L2_SIZE] __aligned(L2_SIZE);
7713         static size_t offset = 0;
7714         vm_offset_t addr;
7715
7716         if (offset + L2_SIZE > sizeof(bootstrap_data)) {
7717                 panic("%s: out of memory for the bootstrap shadow map L2 entries",
7718                     __func__);
7719         }
7720
7721         addr = (uintptr_t)&bootstrap_data[offset];
7722         offset += L2_SIZE;
7723         return (addr);
7724 }
7725
7726 /*
7727  * SAN L1 + L2 pages, maybe L3 entries later?
7728  */
7729 static vm_offset_t __nosanitizeaddress
7730 pmap_san_enter_bootstrap_alloc_pages(int npages)
7731 {
7732         static uint8_t bootstrap_data[SAN_BOOTSTRAP_SIZE] __aligned(PAGE_SIZE);
7733         static size_t offset = 0;
7734         vm_offset_t addr;
7735
7736         if (offset + (npages * PAGE_SIZE) > sizeof(bootstrap_data)) {
7737                 panic("%s: out of memory for the bootstrap shadow map",
7738                     __func__);
7739         }
7740
7741         addr = (uintptr_t)&bootstrap_data[offset];
7742         offset += (npages * PAGE_SIZE);
7743         return (addr);
7744 }
7745
7746 static void __nosanitizeaddress
7747 pmap_san_enter_bootstrap(void)
7748 {
7749         vm_offset_t freemempos;
7750
7751         /* L1, L2 */
7752         freemempos = pmap_san_enter_bootstrap_alloc_pages(2);
7753         bs_state.freemempos = freemempos;
7754         bs_state.va = KASAN_MIN_ADDRESS;
7755         pmap_bootstrap_l1_table(&bs_state);
7756         pmap_san_early_l2 = bs_state.l2;
7757 }
7758
7759 static vm_page_t
7760 pmap_san_enter_alloc_l3(void)
7761 {
7762         vm_page_t m;
7763
7764         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
7765             VM_ALLOC_ZERO);
7766         if (m == NULL)
7767                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
7768         return (m);
7769 }
7770
7771 static vm_page_t
7772 pmap_san_enter_alloc_l2(void)
7773 {
7774         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO,
7775             Ln_ENTRIES, 0, ~0ul, L2_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
7776 }
7777
7778 void __nosanitizeaddress
7779 pmap_san_enter(vm_offset_t va)
7780 {
7781         pd_entry_t *l1, *l2;
7782         pt_entry_t *l3;
7783         vm_page_t m;
7784
7785         if (virtual_avail == 0) {
7786                 vm_offset_t block;
7787                 int slot;
7788                 bool first;
7789
7790                 /* Temporary shadow map prior to pmap_bootstrap(). */
7791                 first = pmap_san_early_l2 == NULL;
7792                 if (first)
7793                         pmap_san_enter_bootstrap();
7794
7795                 l2 = pmap_san_early_l2;
7796                 slot = pmap_l2_index(va);
7797
7798                 if ((pmap_load(&l2[slot]) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7799                         MPASS(first);
7800                         block = pmap_san_enter_bootstrap_alloc_l2();
7801                         pmap_store(&l2[slot], pmap_early_vtophys(block) |
7802                             PMAP_SAN_PTE_BITS | L2_BLOCK);
7803                         dmb(ishst);
7804                 }
7805
7806                 return;
7807         }
7808
7809         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
7810         l1 = pmap_l1(kernel_pmap, va);
7811         MPASS(l1 != NULL);
7812         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7813                 m = pmap_san_enter_alloc_l3();
7814                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
7815         }
7816         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
7817         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7818                 m = pmap_san_enter_alloc_l2();
7819                 if (m != NULL) {
7820                         pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PMAP_SAN_PTE_BITS |
7821                             L2_BLOCK);
7822                 } else {
7823                         m = pmap_san_enter_alloc_l3();
7824                         pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
7825                 }
7826                 dmb(ishst);
7827         }
7828         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
7829                 return;
7830         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
7831         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_VALID) != 0)
7832                 return;
7833         m = pmap_san_enter_alloc_l3();
7834         pmap_store(l3, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PMAP_SAN_PTE_BITS | L3_PAGE);
7835         dmb(ishst);
7836 }
7837 #endif /* KASAN */
7838
7839 /*
7840  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7841  * in various mapping attributes.
7842  */
7843 struct pmap_kernel_map_range {
7844         vm_offset_t sva;
7845         pt_entry_t attrs;
7846         int l3pages;
7847         int l3contig;
7848         int l2blocks;
7849         int l1blocks;
7850 };
7851
7852 static void
7853 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7854     vm_offset_t eva)
7855 {
7856         const char *mode;
7857         int index;
7858
7859         if (eva <= range->sva)
7860                 return;
7861
7862         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7863         switch (index) {
7864         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE_NP):
7865                 mode = "DEV-NP";
7866                 break;
7867         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7868                 mode = "DEV";
7869                 break;
7870         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7871                 mode = "UC";
7872                 break;
7873         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7874                 mode = "WB";
7875                 break;
7876         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7877                 mode = "WT";
7878                 break;
7879         default:
7880                 printf(
7881                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7882                     __func__, index, range->sva, eva);
7883                 mode = "??";
7884                 break;
7885         }
7886
7887         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %6s %d %d %d %d\n",
7888             range->sva, eva,
7889             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7890             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7891             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7892             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7893             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7894             range->l3pages);
7895
7896         /* Reset to sentinel value. */
7897         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7898 }
7899
7900 /*
7901  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7902  * being tracked by the current range.
7903  */
7904 static bool
7905 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7906 {
7907
7908         return (range->attrs == attrs);
7909 }
7910
7911 static void
7912 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7913     pt_entry_t attrs)
7914 {
7915
7916         memset(range, 0, sizeof(*range));
7917         range->sva = va;
7918         range->attrs = attrs;
7919 }
7920
7921 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7922 static pt_entry_t
7923 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7924 {
7925         pt_entry_t attrs;
7926
7927         attrs = 0;
7928         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7929                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7930         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7931                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7932         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7933                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7934
7935         return (attrs);
7936 }
7937
7938 /* Read the block/page attributes we care about */
7939 static pt_entry_t
7940 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7941 {
7942         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7943 }
7944
7945 /*
7946  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7947  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7948  * begin a new run.
7949  */
7950 static void
7951 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7952     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7953     pt_entry_t l3e)
7954 {
7955         pt_entry_t attrs;
7956
7957         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7958
7959         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7960                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7961                 goto done;
7962         }
7963         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7964
7965         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7966                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7967                 goto done;
7968         }
7969         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7970         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7971
7972 done:
7973         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7974                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7975                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7976         }
7977 }
7978
7979 static int
7980 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7981 {
7982         struct pmap_kernel_map_range range;
7983         struct sbuf sbuf, *sb;
7984         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7985         pt_entry_t *l3, l3e;
7986         vm_offset_t sva;
7987         vm_paddr_t pa;
7988         int error, i, j, k, l;
7989
7990         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7991         if (error != 0)
7992                 return (error);
7993         sb = &sbuf;
7994         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7995
7996         /* Sentinel value. */
7997         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7998
7999         /*
8000          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
8001          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
8002          * observe inconsistencies in the output.
8003          */
8004         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
8005             i++) {
8006                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
8007                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
8008                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
8009                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
8010 #ifdef KASAN
8011                 else if (i == pmap_l0_index(KASAN_MIN_ADDRESS))
8012                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
8013 #endif
8014
8015                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
8016                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8017                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
8018                         sva += L0_SIZE;
8019                         continue;
8020                 }
8021                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
8022                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
8023
8024                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
8025                         l1e = l1[j];
8026                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8027                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
8028                                 sva += L1_SIZE;
8029                                 continue;
8030                         }
8031                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
8032                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
8033                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
8034                                     0, 0);
8035                                 range.l1blocks++;
8036                                 sva += L1_SIZE;
8037                                 continue;
8038                         }
8039                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
8040                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
8041
8042                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
8043                                 l2e = l2[k];
8044                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8045                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
8046                                         sva += L2_SIZE;
8047                                         continue;
8048                                 }
8049                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
8050                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
8051                                             l0e, l1e, l2e, 0);
8052                                         range.l2blocks++;
8053                                         sva += L2_SIZE;
8054                                         continue;
8055                                 }
8056                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
8057                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
8058
8059                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
8060                                     l++, sva += L3_SIZE) {
8061                                         l3e = l3[l];
8062                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8063                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
8064                                                     sva);
8065                                                 continue;
8066                                         }
8067                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
8068                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
8069                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
8070                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
8071                                                     1 : 0;
8072                                         else
8073                                                 range.l3pages++;
8074                                 }
8075                         }
8076                 }
8077         }
8078
8079         error = sbuf_finish(sb);
8080         sbuf_delete(sb);
8081         return (error);
8082 }
8083 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
8084     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
8085     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
8086     "Dump kernel address layout");