sys/arm64/arm64/pmap.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
   3  * All rights reserved.
   4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
   5  * All rights reserved.
   6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
   7  * All rights reserved.
   8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
   9  * All rights reserved.
  10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
  11  * All rights reserved.
  12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
  13  * All rights reserved.
  14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
  15  * All rights reserved.
  16  *
  17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
  20  *
  21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
  22  * the FreeBSD Foundation.
  23  *
  24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  25  * modification, are permitted provided that the following conditions
  26  * are met:
  27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  33  *    must display the following acknowledgement:
  34  *      This product includes software developed by the University of
  35  *      California, Berkeley and its contributors.
  36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  38  *    without specific prior written permission.
  39  *
  40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  50  * SUCH DAMAGE.
  51  *
  52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
  53  */
  54 /*-
  55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
  56  * All rights reserved.
  57  *
  58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
  59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
  60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
  61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
  62  * CHATS research program.
  63  *
  64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  65  * modification, are permitted provided that the following conditions
  66  * are met:
  67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  72  *
  73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  83  * SUCH DAMAGE.
  84  */
  85
  86 #include <sys/cdefs.h>
  87 __FBSDID("$FreeBSD$");
  88
  89 /*
  90  *      Manages physical address maps.
  91  *
  92  *      Since the information managed by this module is
  93  *      also stored by the logical address mapping module,
  94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
  95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
  96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
  97  *      requested.
  98  *
  99  *      In order to cope with hardware architectures which
 100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
 101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
 102  *      operations until such time as they are actually
 103  *      necessary.  This module is given full information as
 104  *      to which processors are currently using which maps,
 105  *      and to when physical maps must be made correct.
 106  */
 107
 108 #include "opt_vm.h"
 109
 110 #include <sys/param.h>
 111 #include <sys/bitstring.h>
 112 #include <sys/bus.h>
 113 #include <sys/systm.h>
 114 #include <sys/kernel.h>
 115 #include <sys/ktr.h>
 116 #include <sys/lock.h>
 117 #include <sys/malloc.h>
 118 #include <sys/mman.h>
 119 #include <sys/msgbuf.h>
 120 #include <sys/mutex.h>
 121 #include <sys/proc.h>
 122 #include <sys/rwlock.h>
 123 #include <sys/sx.h>
 124 #include <sys/vmem.h>
 125 #include <sys/vmmeter.h>
 126 #include <sys/sched.h>
 127 #include <sys/sysctl.h>
 128 #include <sys/_unrhdr.h>
 129 #include <sys/smp.h>
 130
 131 #include <vm/vm.h>
 132 #include <vm/vm_param.h>
 133 #include <vm/vm_kern.h>
 134 #include <vm/vm_page.h>
 135 #include <vm/vm_map.h>
 136 #include <vm/vm_object.h>
 137 #include <vm/vm_extern.h>
 138 #include <vm/vm_pageout.h>
 139 #include <vm/vm_pager.h>
 140 #include <vm/vm_phys.h>
 141 #include <vm/vm_radix.h>
 142 #include <vm/vm_reserv.h>
 143 #include <vm/uma.h>
 144
 145 #include <machine/machdep.h>
 146 #include <machine/md_var.h>
 147 #include <machine/pcb.h>
 148
 149 #include <arm/include/physmem.h>
 150
 151 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
 152 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
 153 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
 154 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
 155
 156 #define NUL0E           L0_ENTRIES
 157 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
 158 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
 159
 160 #if !defined(DIAGNOSTIC)
 161 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
 162 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
 163 #else
 164 #define PMAP_INLINE     extern inline
 165 #endif
 166 #else
 167 #define PMAP_INLINE
 168 #endif
 169
 170 /*
 171  * These are configured by the mair_el1 register. This is set up in locore.S
 172  */
 173 #define DEVICE_MEMORY   0
 174 #define UNCACHED_MEMORY 1
 175 #define CACHED_MEMORY   2
 176
 177
 178 #ifdef PV_STATS
 179 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
 180 #else
 181 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
 182 #endif
 183
 184 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
 185 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pmap_l2_pindex(pa)])
 186
 187 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
 188
 189 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
 190                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
 191
 192 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
 193         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
 194         struct rwlock *_new_lock;                       \
 195                                                         \
 196         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
 197         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
 198                 if (*_lockp != NULL)                    \
 199                         rw_wunlock(*_lockp);            \
 200                 *_lockp = _new_lock;                    \
 201                 rw_wlock(*_lockp);                      \
 202         }                                               \
 203 } while (0)
 204
 205 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
 206                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
 207
 208 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
 209         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
 210                                                         \
 211         if (*_lockp != NULL) {                          \
 212                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
 213                 *_lockp = NULL;                         \
 214         }                                               \
 215 } while (0)
 216
 217 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
 218                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
 219
 220 struct pmap kernel_pmap_store;
 221
 222 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
 223 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
 224 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
 225 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
 226 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
 227
 228 /*
 229  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
 230  * Always map entire L2 block for simplicity.
 231  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
 232  */
 233 static struct pmap_preinit_mapping {
 234         vm_paddr_t      pa;
 235         vm_offset_t     va;
 236         vm_size_t       size;
 237 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
 238
 239 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
 240 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
 241 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
 242
 243 /*
 244  * Data for the pv entry allocation mechanism.
 245  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
 246  * elements, but reads are not.
 247  */
 248 static struct md_page *pv_table;
 249 static struct md_page pv_dummy;
 250
 251 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
 252 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
 253 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
 254
 255 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
 256 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
 257 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
 258
 259 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
 260 extern pt_entry_t pagetable_dmap[];
 261
 262 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
 263 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
 264 static u_int physmap_idx;
 265
 266 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
 267
 268 static int superpages_enabled = 1;
 269 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
 270     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
 271     "Are large page mappings enabled?");
 272
 273 /*
 274  * Data for the pv entry allocation mechanism
 275  */
 276 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
 277 static struct mtx pv_chunks_mutex;
 278 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
 279
 280 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
 281 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
 282 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
 283 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
 284 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 285 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
 286                     vm_offset_t va);
 287
 288 static int pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
 289 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
 290 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
 291 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
 292     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
 293 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
 294 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
 295     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
 296 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
 297     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
 298 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
 299     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
 300 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
 301     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
 302
 303 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
 304                 struct rwlock **lockp);
 305
 306 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
 307     struct spglist *free);
 308 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
 309 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
 310
 311 /*
 312  * These load the old table data and store the new value.
 313  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
 314  * the same time as the CPU.
 315  */
 316 #define pmap_load_store(table, entry) atomic_swap_64(table, entry)
 317 #define pmap_set(table, mask) atomic_set_64(table, mask)
 318 #define pmap_load_clear(table) atomic_swap_64(table, 0)
 319 #define pmap_load(table) (*table)
 320
 321 /********************/
 322 /* Inline functions */
 323 /********************/
 324
 325 static __inline void
 326 pagecopy(void *s, void *d)
 327 {
 328
 329         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
 330 }
 331
 332 static __inline pd_entry_t *
 333 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 334 {
 335
 336         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
 337 }
 338
 339 static __inline pd_entry_t *
 340 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
 341 {
 342         pd_entry_t *l1;
 343
 344         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
 345         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
 346 }
 347
 348 static __inline pd_entry_t *
 349 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 350 {
 351         pd_entry_t *l0;
 352
 353         l0 = pmap_l0(pmap, va);
 354         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
 355                 return (NULL);
 356
 357         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
 358 }
 359
 360 static __inline pd_entry_t *
 361 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
 362 {
 363         pd_entry_t *l2;
 364
 365         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
 366         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
 367 }
 368
 369 static __inline pd_entry_t *
 370 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 371 {
 372         pd_entry_t *l1;
 373
 374         l1 = pmap_l1(pmap, va);
 375         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
 376                 return (NULL);
 377
 378         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
 379 }
 380
 381 static __inline pt_entry_t *
 382 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
 383 {
 384         pt_entry_t *l3;
 385
 386         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
 387         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
 388 }
 389
 390 /*
 391  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
 392  * The next level may or may not point to a valid page or block.
 393  */
 394 static __inline pd_entry_t *
 395 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
 396 {
 397         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
 398
 399         l0 = pmap_l0(pmap, va);
 400         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
 401         if (desc != L0_TABLE) {
 402                 *level = -1;
 403                 return (NULL);
 404         }
 405
 406         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
 407         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
 408         if (desc != L1_TABLE) {
 409                 *level = 0;
 410                 return (l0);
 411         }
 412
 413         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
 414         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
 415         if (desc != L2_TABLE) {
 416                 *level = 1;
 417                 return (l1);
 418         }
 419
 420         *level = 2;
 421         return (l2);
 422 }
 423
 424 /*
 425  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
 426  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
 427  * the first invalid level.
 428  */
 429 static __inline pt_entry_t *
 430 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
 431 {
 432         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
 433         pt_entry_t *l3;
 434
 435         l1 = pmap_l1(pmap, va);
 436         if (l1 == NULL) {
 437                 *level = 0;
 438                 return (NULL);
 439         }
 440         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
 441         if (desc == L1_BLOCK) {
 442                 *level = 1;
 443                 return (l1);
 444         }
 445
 446         if (desc != L1_TABLE) {
 447                 *level = 1;
 448                 return (NULL);
 449         }
 450
 451         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
 452         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
 453         if (desc == L2_BLOCK) {
 454                 *level = 2;
 455                 return (l2);
 456         }
 457
 458         if (desc != L2_TABLE) {
 459                 *level = 2;
 460                 return (NULL);
 461         }
 462
 463         *level = 3;
 464         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
 465         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
 466                 return (NULL);
 467
 468         return (l3);
 469 }
 470
 471 static inline bool
 472 pmap_superpages_enabled(void)
 473 {
 474
 475         return (superpages_enabled != 0);
 476 }
 477
 478 bool
 479 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
 480     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
 481 {
 482         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
 483
 484         if (pmap->pm_l0 == NULL)
 485                 return (false);
 486
 487         l0p = pmap_l0(pmap, va);
 488         *l0 = l0p;
 489
 490         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
 491                 return (false);
 492
 493         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
 494         *l1 = l1p;
 495
 496         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
 497                 *l2 = NULL;
 498                 *l3 = NULL;
 499                 return (true);
 500         }
 501
 502         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
 503                 return (false);
 504
 505         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
 506         *l2 = l2p;
 507
 508         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
 509                 *l3 = NULL;
 510                 return (true);
 511         }
 512
 513         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
 514                 return (false);
 515
 516         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
 517
 518         return (true);
 519 }
 520
 521 static __inline int
 522 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
 523 {
 524
 525         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
 526 }
 527
 528
 529 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
 530
 531 /*
 532  * Checks if the page is dirty. We currently lack proper tracking of this on
 533  * arm64 so for now assume is a page mapped as rw was accessed it is.
 534  */
 535 static inline int
 536 pmap_page_dirty(pt_entry_t pte)
 537 {
 538
 539         return ((pte & (ATTR_AF | ATTR_AP_RW_BIT)) ==
 540             (ATTR_AF | ATTR_AP(ATTR_AP_RW)));
 541 }
 542
 543 static __inline void
 544 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
 545 {
 546
 547         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
 548         pmap->pm_stats.resident_count += count;
 549 }
 550
 551 static __inline void
 552 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
 553 {
 554
 555         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
 556         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
 557             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
 558             pmap->pm_stats.resident_count, count));
 559         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
 560 }
 561
 562 static pt_entry_t *
 563 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
 564     u_int *l2_slot)
 565 {
 566         pt_entry_t *l2;
 567         pd_entry_t *l1;
 568
 569         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
 570         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
 571
 572         /* Check locore has used a table L1 map */
 573         KASSERT((l1[*l1_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
 574            ("Invalid bootstrap L1 table"));
 575         /* Find the address of the L2 table */
 576         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
 577         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
 578
 579         return (l2);
 580 }
 581
 582 static vm_paddr_t
 583 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
 584 {
 585         u_int l1_slot, l2_slot;
 586         pt_entry_t *l2;
 587
 588         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
 589
 590         return ((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) + (va & L2_OFFSET));
 591 }
 592
 593 static vm_offset_t
 594 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
 595     vm_offset_t freemempos)
 596 {
 597         pt_entry_t *l2;
 598         vm_offset_t va;
 599         vm_paddr_t l2_pa, pa;
 600         u_int l1_slot, l2_slot, prev_l1_slot;
 601         int i;
 602
 603         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
 604         dmap_phys_max = 0;
 605         dmap_max_addr = 0;
 606         l2 = NULL;
 607         prev_l1_slot = -1;
 608
 609 #define DMAP_TABLES     ((DMAP_MAX_ADDRESS - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L0_SHIFT)
 610         memset(pagetable_dmap, 0, PAGE_SIZE * DMAP_TABLES);
 611
 612         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
 613                 pa = physmap[i] & ~L2_OFFSET;
 614                 va = pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
 615
 616                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
 617                 if ((pa & L1_OFFSET) != 0) {
 618                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
 619                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
 620                                 prev_l1_slot = l1_slot;
 621                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
 622                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
 623                                     (vm_offset_t)l2);
 624                                 freemempos += PAGE_SIZE;
 625
 626                                 pmap_load_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
 627                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
 628
 629                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
 630                         }
 631                         KASSERT(l2 != NULL,
 632                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
 633                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
 634                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
 635                                 /*
 636                                  * We are on a boundary, stop to
 637                                  * create a level 1 block
 638                                  */
 639                                 if ((pa & L1_OFFSET) == 0)
 640                                         break;
 641
 642                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
 643                                 KASSERT(l2_slot != 0, ("..."));
 644                                 pmap_load_store(&l2[l2_slot],
 645                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
 646                                     ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
 647                         }
 648                         KASSERT(va == (pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS),
 649                             ("..."));
 650                 }
 651
 652                 for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1] &&
 653                     (physmap[i + 1] - pa) >= L1_SIZE;
 654                     pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE) {
 655                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
 656                         pmap_load_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
 657                             (pa & ~L1_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
 658                             ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L1_BLOCK);
 659                 }
 660
 661                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
 662                 if (pa < physmap[i + 1]) {
 663                         l1_slot = ((va - DMAP_MIN_ADDRESS) >> L1_SHIFT);
 664                         if (l1_slot != prev_l1_slot) {
 665                                 prev_l1_slot = l1_slot;
 666                                 l2 = (pt_entry_t *)freemempos;
 667                                 l2_pa = pmap_early_vtophys(kern_l1,
 668                                     (vm_offset_t)l2);
 669                                 freemempos += PAGE_SIZE;
 670
 671                                 pmap_load_store(&pagetable_dmap[l1_slot],
 672                                     (l2_pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
 673
 674                                 memset(l2, 0, PAGE_SIZE);
 675                         }
 676                         KASSERT(l2 != NULL,
 677                             ("pmap_bootstrap_dmap: NULL l2 map"));
 678                         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < physmap[i + 1];
 679                             pa += L2_SIZE, va += L2_SIZE) {
 680                                 l2_slot = pmap_l2_index(va);
 681                                 pmap_load_store(&l2[l2_slot],
 682                                     (pa & ~L2_OFFSET) | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
 683                                     ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
 684                         }
 685                 }
 686
 687                 if (pa > dmap_phys_max) {
 688                         dmap_phys_max = pa;
 689                         dmap_max_addr = va;
 690                 }
 691         }
 692
 693         cpu_tlb_flushID();
 694
 695         return (freemempos);
 696 }
 697
 698 static vm_offset_t
 699 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
 700 {
 701         vm_offset_t l2pt;
 702         vm_paddr_t pa;
 703         pd_entry_t *l1;
 704         u_int l1_slot;
 705
 706         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
 707
 708         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
 709         l1_slot = pmap_l1_index(va);
 710         l2pt = l2_start;
 711
 712         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
 713                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
 714
 715                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l2pt);
 716                 pmap_load_store(&l1[l1_slot],
 717                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
 718                 l2pt += PAGE_SIZE;
 719         }
 720
 721         /* Clean the L2 page table */
 722         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
 723
 724         return l2pt;
 725 }
 726
 727 static vm_offset_t
 728 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
 729 {
 730         vm_offset_t l3pt;
 731         vm_paddr_t pa;
 732         pd_entry_t *l2;
 733         u_int l2_slot;
 734
 735         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
 736
 737         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
 738         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
 739         l2_slot = pmap_l2_index(va);
 740         l3pt = l3_start;
 741
 742         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
 743                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
 744
 745                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
 746                 pmap_load_store(&l2[l2_slot],
 747                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L2_TABLE);
 748                 l3pt += PAGE_SIZE;
 749         }
 750
 751         /* Clean the L2 page table */
 752         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
 753
 754         return l3pt;
 755 }
 756
 757 /*
 758  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
 759  */
 760 void
 761 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
 762     vm_size_t kernlen)
 763 {
 764         u_int l1_slot, l2_slot;
 765         uint64_t kern_delta;
 766         pt_entry_t *l2;
 767         vm_offset_t va, freemempos;
 768         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
 769         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
 770         int i;
 771
 772         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
 773
 774         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
 775         printf("%lx\n", l1pt);
 776         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
 777
 778         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
 779         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
 780         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
 781
 782         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
 783         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
 784
 785         physmap_idx = arm_physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
 786         physmap_idx /= 2;
 787
 788         /*
 789          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
 790          * but may contain empty ranges.
 791          */
 792         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
 793                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
 794                         continue;
 795                 if (physmap[i] <= min_pa)
 796                         min_pa = physmap[i];
 797         }
 798
 799         freemempos = KERNBASE + kernlen;
 800         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
 801
 802         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
 803         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
 804
 805         va = KERNBASE;
 806         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
 807
 808         /*
 809          * Read the page table to find out what is already mapped.
 810          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
 811          * using a single L1 entry.
 812          */
 813         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
 814
 815         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
 816         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
 817
 818         /* Find how many pages we have mapped */
 819         for (; l2_slot < Ln_ENTRIES; l2_slot++) {
 820                 if ((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == 0)
 821                         break;
 822
 823                 /* Check locore used L2 blocks */
 824                 KASSERT((l2[l2_slot] & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
 825                     ("Invalid bootstrap L2 table"));
 826                 KASSERT((l2[l2_slot] & ~ATTR_MASK) == pa,
 827                     ("Incorrect PA in L2 table"));
 828
 829                 va += L2_SIZE;
 830                 pa += L2_SIZE;
 831         }
 832
 833         va = roundup2(va, L1_SIZE);
 834
 835         /* Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS */
 836         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, va, freemempos);
 837         /* And the l3 tables for the early devmap */
 838         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
 839             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
 840
 841         cpu_tlb_flushID();
 842
 843 #define alloc_pages(var, np)                                            \
 844         (var) = freemempos;                                             \
 845         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
 846         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
 847
 848         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
 849         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
 850         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
 851
 852         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
 853         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
 854         msgbufp = (void *)msgbufpv;
 855
 856         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
 857         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
 858
 859         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
 860         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
 861         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
 862         kernel_vm_end = virtual_avail;
 863
 864         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
 865
 866         arm_physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
 867
 868         cpu_tlb_flushID();
 869 }
 870
 871 /*
 872  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
 873  */
 874 void
 875 pmap_page_init(vm_page_t m)
 876 {
 877
 878         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
 879         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
 880 }
 881
 882 /*
 883  *      Initialize the pmap module.
 884  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
 885  *      system needs to map virtual memory.
 886  */
 887 void
 888 pmap_init(void)
 889 {
 890         vm_size_t s;
 891         int i, pv_npg;
 892
 893         /*
 894          * Are large page mappings enabled?
 895          */
 896         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
 897
 898         /*
 899          * Initialize the pv chunk list mutex.
 900          */
 901         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
 902
 903         /*
 904          * Initialize the pool of pv list locks.
 905          */
 906         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
 907                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
 908
 909         /*
 910          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
 911          */
 912         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
 913
 914         /*
 915          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
 916          */
 917         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
 918         s = round_page(s);
 919         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
 920             M_WAITOK | M_ZERO);
 921         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
 922                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
 923         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
 924
 925         vm_initialized = 1;
 926 }
 927
 928 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD, 0,
 929     "2MB page mapping counters");
 930
 931 static u_long pmap_l2_demotions;
 932 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
 933     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
 934
 935 static u_long pmap_l2_p_failures;
 936 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
 937     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
 938
 939 static u_long pmap_l2_promotions;
 940 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
 941     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
 942
 943 /*
 944  * Invalidate a single TLB entry.
 945  */
 946 static __inline void
 947 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
 948 {
 949
 950         sched_pin();
 951         __asm __volatile(
 952             "dsb  ishst         \n"
 953             "tlbi vaae1is, %0   \n"
 954             "dsb  ish           \n"
 955             "isb                \n"
 956             : : "r"(va >> PAGE_SHIFT));
 957         sched_unpin();
 958 }
 959
 960 static __inline void
 961 pmap_invalidate_range_nopin(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
 962 {
 963         vm_offset_t addr;
 964
 965         dsb(ishst);
 966         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
 967                 __asm __volatile(
 968                     "tlbi vaae1is, %0" : : "r"(addr >> PAGE_SHIFT));
 969         }
 970         __asm __volatile(
 971             "dsb  ish   \n"
 972             "isb        \n");
 973 }
 974
 975 static __inline void
 976 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
 977 {
 978
 979         sched_pin();
 980         pmap_invalidate_range_nopin(pmap, sva, eva);
 981         sched_unpin();
 982 }
 983
 984 static __inline void
 985 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
 986 {
 987
 988         sched_pin();
 989         __asm __volatile(
 990             "dsb  ishst         \n"
 991             "tlbi vmalle1is     \n"
 992             "dsb  ish           \n"
 993             "isb                \n");
 994         sched_unpin();
 995 }
 996
 997 /*
 998  *      Routine:        pmap_extract
 999  *      Function:
1000  *              Extract the physical page address associated
1001  *              with the given map/virtual_address pair.
1002  */
1003 vm_paddr_t
1004 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1005 {
1006         pt_entry_t *pte, tpte;
1007         vm_paddr_t pa;
1008         int lvl;
1009
1010         pa = 0;
1011         PMAP_LOCK(pmap);
1012         /*
1013          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1014          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1015          */
1016         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1017         if (pte != NULL) {
1018                 tpte = pmap_load(pte);
1019                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1020                 switch(lvl) {
1021                 case 1:
1022                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1023                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1024                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1025                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1026                         break;
1027                 case 2:
1028                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1029                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1030                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1031                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1032                         break;
1033                 case 3:
1034                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1035                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1036                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1037                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1038                         break;
1039                 }
1040         }
1041         PMAP_UNLOCK(pmap);
1042         return (pa);
1043 }
1044
1045 /*
1046  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1047  *      Function:
1048  *              Atomically extract and hold the physical page
1049  *              with the given pmap and virtual address pair
1050  *              if that mapping permits the given protection.
1051  */
1052 vm_page_t
1053 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1054 {
1055         pt_entry_t *pte, tpte;
1056         vm_offset_t off;
1057         vm_paddr_t pa;
1058         vm_page_t m;
1059         int lvl;
1060
1061         pa = 0;
1062         m = NULL;
1063         PMAP_LOCK(pmap);
1064 retry:
1065         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1066         if (pte != NULL) {
1067                 tpte = pmap_load(pte);
1068
1069                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1070                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1071                 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
1072                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1073                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1074                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1075                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1076                 if (((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ||
1077                     ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1078                         switch(lvl) {
1079                         case 1:
1080                                 off = va & L1_OFFSET;
1081                                 break;
1082                         case 2:
1083                                 off = va & L2_OFFSET;
1084                                 break;
1085                         case 3:
1086                         default:
1087                                 off = 0;
1088                         }
1089                         if (vm_page_pa_tryrelock(pmap,
1090                             (tpte & ~ATTR_MASK) | off, &pa))
1091                                 goto retry;
1092                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1093                         vm_page_hold(m);
1094                 }
1095         }
1096         PA_UNLOCK_COND(pa);
1097         PMAP_UNLOCK(pmap);
1098         return (m);
1099 }
1100
1101 vm_paddr_t
1102 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1103 {
1104         pt_entry_t *pte, tpte;
1105         vm_paddr_t pa;
1106         int lvl;
1107
1108         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1109                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1110         } else {
1111                 pa = 0;
1112                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1113                 if (pte != NULL) {
1114                         tpte = pmap_load(pte);
1115                         pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1116                         switch(lvl) {
1117                         case 1:
1118                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1119                                     ("pmap_kextract: Invalid L1 pte found: %lx",
1120                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1121                                 pa |= (va & L1_OFFSET);
1122                                 break;
1123                         case 2:
1124                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1125                                     ("pmap_kextract: Invalid L2 pte found: %lx",
1126                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1127                                 pa |= (va & L2_OFFSET);
1128                                 break;
1129                         case 3:
1130                                 KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1131                                     ("pmap_kextract: Invalid L3 pte found: %lx",
1132                                     tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1133                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
1134                                 break;
1135                         }
1136                 }
1137         }
1138         return (pa);
1139 }
1140
1141 /***************************************************
1142  * Low level mapping routines.....
1143  ***************************************************/
1144
1145 void
1146 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1147 {
1148         pd_entry_t *pde;
1149         pt_entry_t *pte, attr;
1150         vm_offset_t va;
1151         int lvl;
1152
1153         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1154            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1155         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1156            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1157         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1158             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1159
1160         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(mode) | L3_PAGE;
1161         if (mode == DEVICE_MEMORY)
1162                 attr |= ATTR_XN;
1163
1164         va = sva;
1165         while (size != 0) {
1166                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1167                 KASSERT(pde != NULL,
1168                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1169                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1170
1171                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1172                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1173
1174                 va += PAGE_SIZE;
1175                 pa += PAGE_SIZE;
1176                 size -= PAGE_SIZE;
1177         }
1178         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1179 }
1180
1181 void
1182 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1183 {
1184
1185         pmap_kenter(sva, size, pa, DEVICE_MEMORY);
1186 }
1187
1188 /*
1189  * Remove a page from the kernel pagetables.
1190  */
1191 PMAP_INLINE void
1192 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1193 {
1194         pt_entry_t *pte;
1195         int lvl;
1196
1197         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1198         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1199         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1200
1201         pmap_load_clear(pte);
1202         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
1203 }
1204
1205 void
1206 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1207 {
1208         pt_entry_t *pte;
1209         vm_offset_t va;
1210         int lvl;
1211
1212         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1213            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1214         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1215             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1216
1217         va = sva;
1218         while (size != 0) {
1219                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1220                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1221                 KASSERT(lvl == 3,
1222                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1223                 pmap_load_clear(pte);
1224
1225                 va += PAGE_SIZE;
1226                 size -= PAGE_SIZE;
1227         }
1228         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1229 }
1230
1231 /*
1232  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1233  *      virtual address space.
1234  *
1235  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1236  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1237  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1238  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1239  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1240  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1241  *      region.
1242  */
1243 vm_offset_t
1244 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1245 {
1246         return PHYS_TO_DMAP(start);
1247 }
1248
1249
1250 /*
1251  * Add a list of wired pages to the kva
1252  * this routine is only used for temporary
1253  * kernel mappings that do not need to have
1254  * page modification or references recorded.
1255  * Note that old mappings are simply written
1256  * over.  The page *must* be wired.
1257  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1258  */
1259 void
1260 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1261 {
1262         pd_entry_t *pde;
1263         pt_entry_t *pte, pa;
1264         vm_offset_t va;
1265         vm_page_t m;
1266         int i, lvl;
1267
1268         va = sva;
1269         for (i = 0; i < count; i++) {
1270                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1271                 KASSERT(pde != NULL,
1272                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1273                 KASSERT(lvl == 2,
1274                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1275
1276                 m = ma[i];
1277                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT | ATTR_AP(ATTR_AP_RW) |
1278                     ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1279                 if (m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
1280                         pa |= ATTR_XN;
1281                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1282                 pmap_load_store(pte, pa);
1283
1284                 va += L3_SIZE;
1285         }
1286         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1287 }
1288
1289 /*
1290  * This routine tears out page mappings from the
1291  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1292  */
1293 void
1294 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1295 {
1296         pt_entry_t *pte;
1297         vm_offset_t va;
1298         int lvl;
1299
1300         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1301
1302         va = sva;
1303         while (count-- > 0) {
1304                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1305                 KASSERT(lvl == 3,
1306                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1307                 if (pte != NULL) {
1308                         pmap_load_clear(pte);
1309                 }
1310
1311                 va += PAGE_SIZE;
1312         }
1313         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1314 }
1315
1316 /***************************************************
1317  * Page table page management routines.....
1318  ***************************************************/
1319 /*
1320  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1321  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1322  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1323  */
1324 static __inline void
1325 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1326     boolean_t set_PG_ZERO)
1327 {
1328
1329         if (set_PG_ZERO)
1330                 m->flags |= PG_ZERO;
1331         else
1332                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1333         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1338  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1339  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1340  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1341  */
1342 static inline boolean_t
1343 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1344 {
1345
1346         --m->wire_count;
1347         if (m->wire_count == 0) {
1348                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1349                 return (TRUE);
1350         } else
1351                 return (FALSE);
1352 }
1353
1354 static void
1355 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1356 {
1357
1358         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1359         /*
1360          * unmap the page table page
1361          */
1362         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1363                 /* l1 page */
1364                 pd_entry_t *l0;
1365
1366                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1367                 pmap_load_clear(l0);
1368         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1369                 /* l2 page */
1370                 pd_entry_t *l1;
1371
1372                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1373                 pmap_load_clear(l1);
1374         } else {
1375                 /* l3 page */
1376                 pd_entry_t *l2;
1377
1378                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1379                 pmap_load_clear(l2);
1380         }
1381         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1382         if (m->pindex < NUL2E) {
1383                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1384                 pd_entry_t *l1, tl1;
1385                 vm_page_t l2pg;
1386
1387                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1388                 tl1 = pmap_load(l1);
1389                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1390                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1391         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1392                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1393                 pd_entry_t *l0, tl0;
1394                 vm_page_t l1pg;
1395
1396                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1397                 tl0 = pmap_load(l0);
1398                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1399                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1400         }
1401         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1402
1403         vm_wire_sub(1);
1404
1405         /*
1406          * Put page on a list so that it is released after
1407          * *ALL* TLB shootdown is done
1408          */
1409         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1410 }
1411
1412 /*
1413  * After removing a page table entry, this routine is used to
1414  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1415  */
1416 static int
1417 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1418     struct spglist *free)
1419 {
1420         vm_page_t mpte;
1421
1422         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1423                 return (0);
1424         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1425         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1426         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1427 }
1428
1429 void
1430 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1431 {
1432
1433         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1434         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1435         pmap->pm_l0 = kernel_pmap->pm_l0;
1436         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1437 }
1438
1439 int
1440 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1441 {
1442         vm_paddr_t l0phys;
1443         vm_page_t l0pt;
1444
1445         /*
1446          * allocate the l0 page
1447          */
1448         while ((l0pt = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1449             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1450                 vm_wait(NULL);
1451
1452         l0phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l0pt);
1453         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l0phys);
1454
1455         if ((l0pt->flags & PG_ZERO) == 0)
1456                 pagezero(pmap->pm_l0);
1457
1458         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1459         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1460
1461         return (1);
1462 }
1463
1464 /*
1465  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1466  *
1467  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1468  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1469  *
1470  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1471  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1472  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1473  * race conditions.
1474  */
1475 static vm_page_t
1476 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1477 {
1478         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1479
1480         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1481
1482         /*
1483          * Allocate a page table page.
1484          */
1485         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1486             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1487                 if (lockp != NULL) {
1488                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1489                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1490                         vm_wait(NULL);
1491                         PMAP_LOCK(pmap);
1492                 }
1493
1494                 /*
1495                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1496                  * page may have been allocated.
1497                  */
1498                 return (NULL);
1499         }
1500         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1501                 pmap_zero_page(m);
1502
1503         /*
1504          * Map the pagetable page into the process address space, if
1505          * it isn't already there.
1506          */
1507
1508         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1509                 pd_entry_t *l0;
1510                 vm_pindex_t l0index;
1511
1512                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
1513                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1514                 pmap_load_store(l0, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE);
1515         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
1516                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1517                 pd_entry_t *l0, *l1;
1518                 pd_entry_t tl0;
1519
1520                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1521                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1522
1523                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1524                 tl0 = pmap_load(l0);
1525                 if (tl0 == 0) {
1526                         /* recurse for allocating page dir */
1527                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
1528                             lockp) == NULL) {
1529                                 vm_page_unwire_noq(m);
1530                                 vm_page_free_zero(m);
1531                                 return (NULL);
1532                         }
1533                 } else {
1534                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1535                         l1pg->wire_count++;
1536                 }
1537
1538                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
1539                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1540                 pmap_load_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
1541         } else {
1542                 vm_pindex_t l0index, l1index;
1543                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1544                 pd_entry_t tl0, tl1;
1545
1546                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1547                 l0index = l1index >> L0_ENTRIES_SHIFT;
1548
1549                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
1550                 tl0 = pmap_load(l0);
1551                 if (tl0 == 0) {
1552                         /* recurse for allocating page dir */
1553                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1554                             lockp) == NULL) {
1555                                 vm_page_unwire_noq(m);
1556                                 vm_page_free_zero(m);
1557                                 return (NULL);
1558                         }
1559                         tl0 = pmap_load(l0);
1560                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1561                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1562                 } else {
1563                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
1564                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
1565                         tl1 = pmap_load(l1);
1566                         if (tl1 == 0) {
1567                                 /* recurse for allocating page dir */
1568                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1569                                     lockp) == NULL) {
1570                                         vm_page_unwire_noq(m);
1571                                         vm_page_free_zero(m);
1572                                         return (NULL);
1573                                 }
1574                         } else {
1575                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1576                                 l2pg->wire_count++;
1577                         }
1578                 }
1579
1580                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
1581                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1582                 pmap_load_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
1583         }
1584
1585         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1586
1587         return (m);
1588 }
1589
1590 static vm_page_t
1591 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1592 {
1593         vm_pindex_t ptepindex;
1594         pd_entry_t *pde, tpde;
1595 #ifdef INVARIANTS
1596         pt_entry_t *pte;
1597 #endif
1598         vm_page_t m;
1599         int lvl;
1600
1601         /*
1602          * Calculate pagetable page index
1603          */
1604         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1605 retry:
1606         /*
1607          * Get the page directory entry
1608          */
1609         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1610
1611         /*
1612          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
1613          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
1614          * table.
1615          */
1616         switch (lvl) {
1617         case -1:
1618                 break;
1619         case 0:
1620 #ifdef INVARIANTS
1621                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
1622                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1623                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
1624 #endif
1625                 break;
1626         case 1:
1627 #ifdef INVARIANTS
1628                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
1629                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
1630                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
1631 #endif
1632                 break;
1633         case 2:
1634                 tpde = pmap_load(pde);
1635                 if (tpde != 0) {
1636                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
1637                         m->wire_count++;
1638                         return (m);
1639                 }
1640                 break;
1641         default:
1642                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
1643         }
1644
1645         /*
1646          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
1647          */
1648         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1649         if (m == NULL && lockp != NULL)
1650                 goto retry;
1651
1652         return (m);
1653 }
1654
1655
1656 /***************************************************
1657  * Pmap allocation/deallocation routines.
1658  ***************************************************/
1659
1660 /*
1661  * Release any resources held by the given physical map.
1662  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1663  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1664  */
1665 void
1666 pmap_release(pmap_t pmap)
1667 {
1668         vm_page_t m;
1669
1670         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1671             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1672             pmap->pm_stats.resident_count));
1673         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1674             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
1675
1676         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l0));
1677
1678         vm_page_unwire_noq(m);
1679         vm_page_free_zero(m);
1680 }
1681
1682 static int
1683 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1684 {
1685         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1686
1687         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1688 }
1689 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1690     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
1691
1692 static int
1693 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1694 {
1695         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1696
1697         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1698 }
1699 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD,
1700     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
1701
1702 /*
1703  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1704  */
1705 void
1706 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1707 {
1708         vm_paddr_t paddr;
1709         vm_page_t nkpg;
1710         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
1711
1712         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1713
1714         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1715         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
1716                 addr = kernel_map->max_offset;
1717         while (kernel_vm_end < addr) {
1718                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1719                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
1720                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
1721
1722                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
1723                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1724                         /* We need a new PDP entry */
1725                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L1_SHIFT,
1726                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
1727                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1728                         if (nkpg == NULL)
1729                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1730                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1731                                 pmap_zero_page(nkpg);
1732                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1733                         pmap_load_store(l1, paddr | L1_TABLE);
1734                         continue; /* try again */
1735                 }
1736                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1737                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_AF) != 0) {
1738                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1739                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1740                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1741                                 break;
1742                         }
1743                         continue;
1744                 }
1745
1746                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> L2_SHIFT,
1747                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
1748                     VM_ALLOC_ZERO);
1749                 if (nkpg == NULL)
1750                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1751                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
1752                         pmap_zero_page(nkpg);
1753                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1754                 pmap_load_store(l2, paddr | L2_TABLE);
1755                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1756
1757                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1758                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
1759                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
1760                         break;
1761                 }
1762         }
1763 }
1764
1765
1766 /***************************************************
1767  * page management routines.
1768  ***************************************************/
1769
1770 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1771 CTASSERT(_NPCM == 3);
1772 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1773
1774 static __inline struct pv_chunk *
1775 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1776 {
1777
1778         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1779 }
1780
1781 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1782
1783 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1784 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1785 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1786
1787 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1788
1789 #if 0
1790 #ifdef PV_STATS
1791 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1792
1793 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1794         "Current number of pv entry chunks");
1795 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1796         "Current number of pv entry chunks allocated");
1797 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1798         "Current number of pv entry chunks frees");
1799 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1800         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1801
1802 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1803 static int pv_entry_spare;
1804
1805 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1806         "Current number of pv entry frees");
1807 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1808         "Current number of pv entry allocs");
1809 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1810         "Current number of pv entries");
1811 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1812         "Current number of spare pv entries");
1813 #endif
1814 #endif /* 0 */
1815
1816 /*
1817  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1818  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1819  * another pv entry chunk.
1820  *
1821  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1822  *
1823  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1824  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1825  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1826  */
1827 static vm_page_t
1828 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1829 {
1830         struct pch new_tail;
1831         struct pv_chunk *pc;
1832         struct md_page *pvh;
1833         pd_entry_t *pde;
1834         pmap_t pmap;
1835         pt_entry_t *pte, tpte;
1836         pv_entry_t pv;
1837         vm_offset_t va;
1838         vm_page_t m, m_pc;
1839         struct spglist free;
1840         uint64_t inuse;
1841         int bit, field, freed, lvl;
1842
1843         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
1844         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
1845         pmap = NULL;
1846         m_pc = NULL;
1847         SLIST_INIT(&free);
1848         TAILQ_INIT(&new_tail);
1849         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1850         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
1851                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1852                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1853                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
1854                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1855                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1856                         pmap = pc->pc_pmap;
1857                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
1858                         if (pmap > locked_pmap) {
1859                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1860                                 PMAP_LOCK(pmap);
1861                         } else if (pmap != locked_pmap &&
1862                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
1863                                 pmap = NULL;
1864                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1865                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1866                                 continue;
1867                         }
1868                 }
1869
1870                 /*
1871                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
1872                  */
1873                 freed = 0;
1874                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1875                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
1876                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
1877                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
1878                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1879                                 va = pv->pv_va;
1880                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
1881                                 if (lvl != 2)
1882                                         continue;
1883                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1884                                 tpte = pmap_load(pte);
1885                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
1886                                         continue;
1887                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
1888                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1889                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
1890                                 if (pmap_page_dirty(tpte))
1891                                         vm_page_dirty(m);
1892                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
1893                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
1894                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1895                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1896                                 m->md.pv_gen++;
1897                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
1898                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
1899                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1900                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
1901                                                 vm_page_aflag_clear(m,
1902                                                     PGA_WRITEABLE);
1903                                         }
1904                                 }
1905                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
1906                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
1907                                 freed++;
1908                         }
1909                 }
1910                 if (freed == 0) {
1911                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1912                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1913                         continue;
1914                 }
1915                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
1916                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
1917                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
1918                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
1919                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
1920                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1921                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
1922                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
1923                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1924                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1925                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1926                         /* Entire chunk is free; return it. */
1927                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1928                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
1929                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1930                         break;
1931                 }
1932                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1933                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1934                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1935                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
1936                 if (pmap == locked_pmap)
1937                         break;
1938         }
1939         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1940         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1941         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
1942                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1943         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
1944                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
1945                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
1946                 /* Recycle a freed page table page. */
1947                 m_pc->wire_count = 1;
1948                 vm_wire_add(1);
1949         }
1950         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
1951         return (m_pc);
1952 }
1953
1954 /*
1955  * free the pv_entry back to the free list
1956  */
1957 static void
1958 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1959 {
1960         struct pv_chunk *pc;
1961         int idx, field, bit;
1962
1963         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1964         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1965         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1966         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1967         pc = pv_to_chunk(pv);
1968         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1969         field = idx / 64;
1970         bit = idx % 64;
1971         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1972         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1973             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1974                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1975                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1976                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1977                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1978                 }
1979                 return;
1980         }
1981         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1982         free_pv_chunk(pc);
1983 }
1984
1985 static void
1986 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1987 {
1988         vm_page_t m;
1989
1990         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1991         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1992         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1993         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1994         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1995         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1996         /* entire chunk is free, return it */
1997         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1998         dump_drop_page(m->phys_addr);
1999         vm_page_unwire_noq(m);
2000         vm_page_free(m);
2001 }
2002
2003 /*
2004  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2005  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2006  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2007  * returned.
2008  *
2009  * The given PV list lock may be released.
2010  */
2011 static pv_entry_t
2012 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2013 {
2014         int bit, field;
2015         pv_entry_t pv;
2016         struct pv_chunk *pc;
2017         vm_page_t m;
2018
2019         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2020         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2021 retry:
2022         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2023         if (pc != NULL) {
2024                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2025                         if (pc->pc_map[field]) {
2026                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2027                                 break;
2028                         }
2029                 }
2030                 if (field < _NPCM) {
2031                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2032                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2033                         /* If this was the last item, move it to tail */
2034                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2035                             pc->pc_map[2] == 0) {
2036                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2037                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2038                                     pc_list);
2039                         }
2040                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2041                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2042                         return (pv);
2043                 }
2044         }
2045         /* No free items, allocate another chunk */
2046         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2047             VM_ALLOC_WIRED);
2048         if (m == NULL) {
2049                 if (lockp == NULL) {
2050                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2051                         return (NULL);
2052                 }
2053                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2054                 if (m == NULL)
2055                         goto retry;
2056         }
2057         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2058         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2059         dump_add_page(m->phys_addr);
2060         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2061         pc->pc_pmap = pmap;
2062         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2063         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2064         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2065         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2066         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2067         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2068         pv = &pc->pc_pventry[0];
2069         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2070         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2071         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2072         return (pv);
2073 }
2074
2075 /*
2076  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2077  * exceeds the given count, "needed".
2078  *
2079  * The given PV list lock may be released.
2080  */
2081 static void
2082 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2083 {
2084         struct pch new_tail;
2085         struct pv_chunk *pc;
2086         vm_page_t m;
2087         int avail, free;
2088         bool reclaimed;
2089
2090         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2091         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2092
2093         /*
2094          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2095          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2096          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2097          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2098          */
2099         TAILQ_INIT(&new_tail);
2100 retry:
2101         avail = 0;
2102         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2103                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2104                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2105                 if (free == 0)
2106                         break;
2107                 avail += free;
2108                 if (avail >= needed)
2109                         break;
2110         }
2111         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2112                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2113                     VM_ALLOC_WIRED);
2114                 if (m == NULL) {
2115                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2116                         if (m == NULL)
2117                                 goto retry;
2118                         reclaimed = true;
2119                 }
2120                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2121                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2122                 dump_add_page(m->phys_addr);
2123                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2124                 pc->pc_pmap = pmap;
2125                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2126                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2127                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2128                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2129                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2130                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2131
2132                 /*
2133                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2134                  * If that chunk contained available entries, we need to
2135                  * re-count the number of available entries.
2136                  */
2137                 if (reclaimed)
2138                         goto retry;
2139         }
2140         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2141                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2142                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2143                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2144         }
2145 }
2146
2147 /*
2148  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2149  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2150  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2151  * 2MB page mappings.
2152  */
2153 static __inline pv_entry_t
2154 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2155 {
2156         pv_entry_t pv;
2157
2158         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2159                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2160                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2161                         pvh->pv_gen++;
2162                         break;
2163                 }
2164         }
2165         return (pv);
2166 }
2167
2168 /*
2169  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2170  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2171  * entries for each of the 4KB page mappings.
2172  */
2173 static void
2174 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2175     struct rwlock **lockp)
2176 {
2177         struct md_page *pvh;
2178         struct pv_chunk *pc;
2179         pv_entry_t pv;
2180         vm_offset_t va_last;
2181         vm_page_t m;
2182         int bit, field;
2183
2184         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2185         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2186             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2187         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2188
2189         /*
2190          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2191          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2192          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2193          */
2194         pvh = pa_to_pvh(pa);
2195         va = va & ~L2_OFFSET;
2196         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2197         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2198         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2199         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2200         m->md.pv_gen++;
2201         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2202         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2203         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2204         for (;;) {
2205                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2206                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2207                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2208                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2209                         while (pc->pc_map[field]) {
2210                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2211                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2212                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2213                                 va += PAGE_SIZE;
2214                                 pv->pv_va = va;
2215                                 m++;
2216                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2217                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2218                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2219                                 m->md.pv_gen++;
2220                                 if (va == va_last)
2221                                         goto out;
2222                         }
2223                 }
2224                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2225                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2226         }
2227 out:
2228         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2229                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2230                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2231         }
2232         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2233         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2234 }
2235
2236 /*
2237  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2238  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2239  * page mappings.
2240  */
2241 static void
2242 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2243 {
2244         pv_entry_t pv;
2245
2246         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2247         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2248         free_pv_entry(pmap, pv);
2249 }
2250
2251 /*
2252  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2253  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2254  */
2255 static boolean_t
2256 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2257     struct rwlock **lockp)
2258 {
2259         pv_entry_t pv;
2260
2261         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2262         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2263         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2264                 pv->pv_va = va;
2265                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2266                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2267                 m->md.pv_gen++;
2268                 return (TRUE);
2269         } else
2270                 return (FALSE);
2271 }
2272
2273 /*
2274  * pmap_remove_l2: do the things to unmap a level 2 superpage in a process
2275  */
2276 static int
2277 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2278     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2279 {
2280         struct md_page *pvh;
2281         pt_entry_t old_l2;
2282         vm_offset_t eva, va;
2283         vm_page_t m, ml3;
2284
2285         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2286         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2287         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
2288         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2289         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
2290                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2291         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2292         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
2293                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
2294                 pvh = pa_to_pvh(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2295                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2296                 eva = sva + L2_SIZE;
2297                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
2298                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2299                         if (pmap_page_dirty(old_l2))
2300                                 vm_page_dirty(m);
2301                         if (old_l2 & ATTR_AF)
2302                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2303                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2304                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2305                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2306                 }
2307         }
2308         KASSERT(pmap != kernel_pmap,
2309             ("Attempting to remove an l2 kernel page"));
2310         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2311         if (ml3 != NULL) {
2312                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2313                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
2314                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
2315                 ml3->wire_count = 1;
2316                 vm_page_unwire_noq(ml3);
2317                 pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2318         }
2319         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2320 }
2321
2322 /*
2323  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2324  */
2325 static int
2326 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
2327     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2328 {
2329         struct md_page *pvh;
2330         pt_entry_t old_l3;
2331         vm_page_t m;
2332
2333         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2334         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2335         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2336         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
2337                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2338         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2339         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
2340                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
2341                 if (pmap_page_dirty(old_l3))
2342                         vm_page_dirty(m);
2343                 if (old_l3 & ATTR_AF)
2344                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2345                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2346                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2347                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2348                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2349                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2350                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2351                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2352                 }
2353         }
2354         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2355 }
2356
2357 /*
2358  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2359  *
2360  *      It is assumed that the start and end are properly
2361  *      rounded to the page size.
2362  */
2363 void
2364 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2365 {
2366         struct rwlock *lock;
2367         vm_offset_t va, va_next;
2368         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2369         pt_entry_t l3_paddr, *l3;
2370         struct spglist free;
2371
2372         /*
2373          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2374          */
2375         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2376                 return;
2377
2378         SLIST_INIT(&free);
2379
2380         PMAP_LOCK(pmap);
2381
2382         lock = NULL;
2383         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2384
2385                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2386                         break;
2387
2388                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2389                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2390                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2391                         if (va_next < sva)
2392                                 va_next = eva;
2393                         continue;
2394                 }
2395
2396                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2397                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2398                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2399                         if (va_next < sva)
2400                                 va_next = eva;
2401                         continue;
2402                 }
2403
2404                 /*
2405                  * Calculate index for next page table.
2406                  */
2407                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2408                 if (va_next < sva)
2409                         va_next = eva;
2410
2411                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2412                 if (l2 == NULL)
2413                         continue;
2414
2415                 l3_paddr = pmap_load(l2);
2416
2417                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2418                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2419                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
2420                                     &free, &lock);
2421                                 continue;
2422                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2423                             sva &~L2_OFFSET, &lock) == NULL)
2424                                 continue;
2425                         l3_paddr = pmap_load(l2);
2426                 }
2427
2428                 /*
2429                  * Weed out invalid mappings.
2430                  */
2431                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
2432                         continue;
2433
2434                 /*
2435                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2436                  * by the current page table page, or to the end of the
2437                  * range being removed.
2438                  */
2439                 if (va_next > eva)
2440                         va_next = eva;
2441
2442                 va = va_next;
2443                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2444                     sva += L3_SIZE) {
2445                         if (l3 == NULL)
2446                                 panic("l3 == NULL");
2447                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2448                                 if (va != va_next) {
2449                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2450                                         va = va_next;
2451                                 }
2452                                 continue;
2453                         }
2454                         if (va == va_next)
2455                                 va = sva;
2456                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l3_paddr, &free,
2457                             &lock)) {
2458                                 sva += L3_SIZE;
2459                                 break;
2460                         }
2461                 }
2462                 if (va != va_next)
2463                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2464         }
2465         if (lock != NULL)
2466                 rw_wunlock(lock);
2467         PMAP_UNLOCK(pmap);
2468         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2469 }
2470
2471 /*
2472  *      Routine:        pmap_remove_all
2473  *      Function:
2474  *              Removes this physical page from
2475  *              all physical maps in which it resides.
2476  *              Reflects back modify bits to the pager.
2477  *
2478  *      Notes:
2479  *              Original versions of this routine were very
2480  *              inefficient because they iteratively called
2481  *              pmap_remove (slow...)
2482  */
2483
2484 void
2485 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2486 {
2487         struct md_page *pvh;
2488         pv_entry_t pv;
2489         pmap_t pmap;
2490         struct rwlock *lock;
2491         pd_entry_t *pde, tpde;
2492         pt_entry_t *pte, tpte;
2493         vm_offset_t va;
2494         struct spglist free;
2495         int lvl, pvh_gen, md_gen;
2496
2497         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2498             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2499         SLIST_INIT(&free);
2500         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
2501         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2502             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2503 retry:
2504         rw_wlock(lock);
2505         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2506                 pmap = PV_PMAP(pv);
2507                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2508                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2509                         rw_wunlock(lock);
2510                         PMAP_LOCK(pmap);
2511                         rw_wlock(lock);
2512                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
2513                                 rw_wunlock(lock);
2514                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2515                                 goto retry;
2516                         }
2517                 }
2518                 va = pv->pv_va;
2519                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
2520                 KASSERT(pte != NULL,
2521                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
2522                 KASSERT(lvl == 2,
2523                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
2524
2525                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
2526                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2527         }
2528         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2529                 pmap = PV_PMAP(pv);
2530                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2531                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
2532                         md_gen = m->md.pv_gen;
2533                         rw_wunlock(lock);
2534                         PMAP_LOCK(pmap);
2535                         rw_wlock(lock);
2536                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
2537                                 rw_wunlock(lock);
2538                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2539                                 goto retry;
2540                         }
2541                 }
2542                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2543
2544                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
2545                 KASSERT(pde != NULL,
2546                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
2547                 KASSERT(lvl == 2,
2548                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
2549                 tpde = pmap_load(pde);
2550
2551                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
2552                 tpte = pmap_load(pte);
2553                 pmap_load_clear(pte);
2554                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2555                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
2556                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2557                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0)
2558                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2559
2560                 /*
2561                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2562                  */
2563                 if (pmap_page_dirty(tpte))
2564                         vm_page_dirty(m);
2565                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
2566                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2567                 m->md.pv_gen++;
2568                 free_pv_entry(pmap, pv);
2569                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2570         }
2571         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2572         rw_wunlock(lock);
2573         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2574 }
2575
2576 /*
2577  *      Set the physical protection on the
2578  *      specified range of this map as requested.
2579  */
2580 void
2581 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2582 {
2583         vm_offset_t va, va_next;
2584         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2585         pt_entry_t *l3p, l3, nbits;
2586
2587         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
2588         if (prot == VM_PROT_NONE) {
2589                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2590                 return;
2591         }
2592
2593         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2594             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2595                 return;
2596
2597         PMAP_LOCK(pmap);
2598         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2599
2600                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
2601                 if (pmap_load(l0) == 0) {
2602                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
2603                         if (va_next < sva)
2604                                 va_next = eva;
2605                         continue;
2606                 }
2607
2608                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
2609                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2610                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2611                         if (va_next < sva)
2612                                 va_next = eva;
2613                         continue;
2614                 }
2615
2616                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2617                 if (va_next < sva)
2618                         va_next = eva;
2619
2620                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2621                 if (pmap_load(l2) == 0)
2622                         continue;
2623
2624                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
2625                         l3p = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
2626                         if (l3p == NULL)
2627                                 continue;
2628                 }
2629                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
2630                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
2631
2632                 if (va_next > eva)
2633                         va_next = eva;
2634
2635                 va = va_next;
2636                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
2637                     sva += L3_SIZE) {
2638                         l3 = pmap_load(l3p);
2639                         if (!pmap_l3_valid(l3))
2640                                 continue;
2641
2642                         nbits = 0;
2643                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2644                                 if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) &&
2645                                     pmap_page_dirty(l3)) {
2646                                         vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 &
2647                                             ~ATTR_MASK));
2648                                 }
2649                                 nbits |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2650                         }
2651                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2652                                 nbits |= ATTR_XN;
2653
2654                         pmap_set(l3p, nbits);
2655                         /* XXX: Use pmap_invalidate_range */
2656                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
2657                 }
2658         }
2659         PMAP_UNLOCK(pmap);
2660 }
2661
2662 /*
2663  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2664  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2665  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2666  * ordered by this virtual address range.
2667  */
2668 static __inline int
2669 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2670 {
2671
2672         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2673         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2674 }
2675
2676 /*
2677  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2678  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2679  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2680  * specified virtual address.
2681  */
2682 static __inline vm_page_t
2683 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2684 {
2685
2686         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2687         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
2688 }
2689
2690 /*
2691  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
2692  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
2693  * inconsistent state.
2694  */
2695 static void
2696 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
2697     vm_offset_t va, vm_size_t size)
2698 {
2699         register_t intr;
2700
2701         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2702
2703         /*
2704          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
2705          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
2706          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
2707          */
2708         intr = intr_disable();
2709         critical_enter();
2710
2711         /* Clear the old mapping */
2712         pmap_load_clear(pte);
2713         pmap_invalidate_range_nopin(pmap, va, va + size);
2714
2715         /* Create the new mapping */
2716         pmap_load_store(pte, newpte);
2717
2718         critical_exit();
2719         intr_restore(intr);
2720 }
2721
2722 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2723 /*
2724  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2725  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2726  * for the 2MB page mapping.
2727  */
2728 static void
2729 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2730     struct rwlock **lockp)
2731 {
2732         struct md_page *pvh;
2733         pv_entry_t pv;
2734         vm_offset_t va_last;
2735         vm_page_t m;
2736
2737         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2738             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2739         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2740
2741         /*
2742          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2743          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2744          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2745          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2746          * mappings that is being promoted.
2747          */
2748         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2749         va = va & ~L2_OFFSET;
2750         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2751         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
2752         pvh = pa_to_pvh(pa);
2753         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2754         pvh->pv_gen++;
2755         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2756         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2757         do {
2758                 m++;
2759                 va += PAGE_SIZE;
2760                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2761         } while (va < va_last);
2762 }
2763
2764 /*
2765  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
2766  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
2767  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
2768  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
2769  * identical characteristics.
2770  */
2771 static void
2772 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2773     struct rwlock **lockp)
2774 {
2775         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
2776         vm_page_t mpte;
2777         vm_offset_t sva;
2778
2779         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2780
2781         sva = va & ~L2_OFFSET;
2782         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2783         newl2 = pmap_load(firstl3);
2784
2785         /* Check the alingment is valid */
2786         if (((newl2 & ~ATTR_MASK) & L2_OFFSET) != 0) {
2787                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2788                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
2789                     " in pmap %p", va, pmap);
2790                 return;
2791         }
2792
2793         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2794         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
2795                 oldl3 = pmap_load(l3);
2796                 if (oldl3 != pa) {
2797                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2798                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
2799                             " in pmap %p", va, pmap);
2800                         return;
2801                 }
2802                 pa -= PAGE_SIZE;
2803         }
2804
2805         /*
2806          * Save the page table page in its current state until the L2
2807          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
2808          * destroyed by pmap_remove_l3().
2809          */
2810         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2811         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2812             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2813             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
2814         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2815             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2816         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
2817                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2818                 CTR2(KTR_PMAP,
2819                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
2820                     pmap);
2821                 return;
2822         }
2823
2824         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
2825                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
2826
2827         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
2828         newl2 |= L2_BLOCK;
2829
2830         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
2831
2832         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2833         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2834                     pmap);
2835 }
2836 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2837
2838 /*
2839  *      Insert the given physical page (p) at
2840  *      the specified virtual address (v) in the
2841  *      target physical map with the protection requested.
2842  *
2843  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2844  *      that the related pte can not be reclaimed.
2845  *
2846  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2847  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2848  *      insert this page into the given map NOW.
2849  */
2850 int
2851 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2852     u_int flags, int8_t psind __unused)
2853 {
2854         struct rwlock *lock;
2855         pd_entry_t *pde;
2856         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2857         pt_entry_t *l2, *l3;
2858         pv_entry_t pv;
2859         vm_paddr_t opa, pa, l1_pa, l2_pa, l3_pa;
2860         vm_page_t mpte, om, l1_m, l2_m, l3_m;
2861         boolean_t nosleep;
2862         int lvl;
2863
2864         va = trunc_page(va);
2865         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
2866                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
2867         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2868         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
2869             L3_PAGE);
2870         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2871                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_RO);
2872         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
2873                 new_l3 |= ATTR_XN;
2874         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2875                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
2876         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2877                 new_l3 |= ATTR_AP(ATTR_AP_USER) | ATTR_PXN;
2878
2879         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2880
2881         mpte = NULL;
2882
2883         lock = NULL;
2884         PMAP_LOCK(pmap);
2885
2886         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2887         if (pde != NULL && lvl == 1) {
2888                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2889                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
2890                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2891                     &lock)) != NULL) {
2892                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
2893                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2894                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
2895                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2896                                 mpte->wire_count++;
2897                         }
2898                         goto havel3;
2899                 }
2900         }
2901
2902         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2903                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2904                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2905                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2906                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2907                         if (lock != NULL)
2908                                 rw_wunlock(lock);
2909                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2910                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2911                 }
2912                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2913                 KASSERT(pde != NULL,
2914                     ("pmap_enter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
2915                 KASSERT(lvl == 2,
2916                     ("pmap_enter: Invalid level %d", lvl));
2917         } else {
2918                 /*
2919                  * If we get a level 2 pde it must point to a level 3 entry
2920                  * otherwise we will need to create the intermediate tables
2921                  */
2922                 if (lvl < 2) {
2923                         switch(lvl) {
2924                         default:
2925                         case -1:
2926                                 /* Get the l0 pde to update */
2927                                 pde = pmap_l0(pmap, va);
2928                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2929
2930                                 l1_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2931                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2932                                     VM_ALLOC_ZERO);
2933                                 if (l1_m == NULL)
2934                                         panic("pmap_enter: l1 pte_m == NULL");
2935                                 if ((l1_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2936                                         pmap_zero_page(l1_m);
2937
2938                                 l1_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l1_m);
2939                                 pmap_load_store(pde, l1_pa | L0_TABLE);
2940                                 /* FALLTHROUGH */
2941                         case 0:
2942                                 /* Get the l1 pde to update */
2943                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2944                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2945
2946                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2947                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2948                                     VM_ALLOC_ZERO);
2949                                 if (l2_m == NULL)
2950                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2951                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2952                                         pmap_zero_page(l2_m);
2953
2954                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2955                                 pmap_load_store(pde, l2_pa | L1_TABLE);
2956                                 /* FALLTHROUGH */
2957                         case 1:
2958                                 /* Get the l2 pde to update */
2959                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2960                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2961
2962                                 l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2963                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2964                                     VM_ALLOC_ZERO);
2965                                 if (l3_m == NULL)
2966                                         panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2967                                 if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2968                                         pmap_zero_page(l3_m);
2969
2970                                 l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2971                                 pmap_load_store(pde, l3_pa | L2_TABLE);
2972                                 break;
2973                         }
2974                 }
2975         }
2976         l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2977 havel3:
2978
2979         om = NULL;
2980         orig_l3 = pmap_load(l3);
2981         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
2982
2983         /*
2984          * Is the specified virtual address already mapped?
2985          */
2986         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
2987                 /*
2988                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2989                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2990                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2991                  * the PT page will be also.
2992                  */
2993                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2994                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
2995                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2996                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2997                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2998                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2999
3000                 /*
3001                  * Remove the extra PT page reference.
3002                  */
3003                 if (mpte != NULL) {
3004                         mpte->wire_count--;
3005                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3006                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3007                              " va: 0x%lx", va));
3008                 }
3009
3010                 /*
3011                  * Has the physical page changed?
3012                  */
3013                 if (opa == pa) {
3014                         /*
3015                          * No, might be a protection or wiring change.
3016                          */
3017                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3018                                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3019                                 if ((new_l3 & ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ==
3020                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3021                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3022                                 }
3023                         }
3024                         goto validate;
3025                 }
3026         } else {
3027                 /*
3028                  * Increment the counters.
3029                  */
3030                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3031                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3032                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3033         }
3034         /*
3035          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3036          */
3037         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3038                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
3039                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3040                 pv->pv_va = va;
3041                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3042                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3043                 m->md.pv_gen++;
3044                 if ((new_l3 & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
3045                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3046         }
3047
3048 validate:
3049         /*
3050          * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WRITE_BACK
3051          * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
3052          * valid for hardware table walk. If done later, then other can
3053          * access this page before caches are properly synced.
3054          * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
3055          * permission even if the memory isn't going to hold executable
3056          * code. The only time when icache sync is needed is after
3057          * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
3058          * And it's done in elf_cpu_load_file().
3059         */
3060         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3061             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3062             (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_XN)))
3063                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3064
3065         /*
3066          * Update the L3 entry
3067          */
3068         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3069                 if (opa != pa) {
3070                         /* different PA  */
3071                         pmap_update_entry(pmap, l3, new_l3, va, PAGE_SIZE);
3072                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3073                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3074                                 if (pmap_page_dirty(orig_l3))
3075                                         vm_page_dirty(om);
3076                                 if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0)
3077                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3078                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3079                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3080                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3081                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3082                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3083                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3084                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3085                         }
3086                 } else if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3087                         /* same PA, different attributes */
3088                         pmap_load_store(l3, new_l3);
3089                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3090                         if (pmap_page_dirty(orig_l3) &&
3091                             (orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3092                                 vm_page_dirty(m);
3093                 } else {
3094                         /*
3095                          * orig_l3 == new_l3
3096                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3097                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3098                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3099                          * cycle.
3100                          * Another possible reasons are:
3101                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3102                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3103                          *   actual mapping.
3104                          */
3105                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3106                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3107                             __func__, pmap, va, new_l3);
3108                 }
3109         } else {
3110                 /* New mappig */
3111                 pmap_load_store(l3, new_l3);
3112         }
3113
3114 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3115         if (pmap != pmap_kernel() &&
3116             (mpte == NULL || mpte->wire_count == NL3PG) &&
3117             pmap_superpages_enabled() &&
3118             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3119             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3120                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3121         }
3122 #endif
3123
3124         if (lock != NULL)
3125                 rw_wunlock(lock);
3126         PMAP_UNLOCK(pmap);
3127         return (KERN_SUCCESS);
3128 }
3129
3130 /*
3131  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3132  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3133  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3134  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3135  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3136  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3137  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3138  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3139  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3140  * corresponding offset from m_start are mapped.
3141  */
3142 void
3143 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3144     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3145 {
3146         struct rwlock *lock;
3147         vm_offset_t va;
3148         vm_page_t m, mpte;
3149         vm_pindex_t diff, psize;
3150
3151         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3152
3153         psize = atop(end - start);
3154         mpte = NULL;
3155         m = m_start;
3156         lock = NULL;
3157         PMAP_LOCK(pmap);
3158         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3159                 va = start + ptoa(diff);
3160                 mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte, &lock);
3161                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3162         }
3163         if (lock != NULL)
3164                 rw_wunlock(lock);
3165         PMAP_UNLOCK(pmap);
3166 }
3167
3168 /*
3169  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3170  * 1. Current pmap & pmap exists.
3171  * 2. Not wired.
3172  * 3. Read access.
3173  * 4. No page table pages.
3174  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3175  */
3176
3177 void
3178 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3179 {
3180         struct rwlock *lock;
3181
3182         lock = NULL;
3183         PMAP_LOCK(pmap);
3184         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3185         if (lock != NULL)
3186                 rw_wunlock(lock);
3187         PMAP_UNLOCK(pmap);
3188 }
3189
3190 static vm_page_t
3191 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3192     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3193 {
3194         struct spglist free;
3195         pd_entry_t *pde;
3196         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3197         vm_paddr_t pa;
3198         int lvl;
3199
3200         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3201             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3202             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3203         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3204
3205         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3206         /*
3207          * In the case that a page table page is not
3208          * resident, we are creating it here.
3209          */
3210         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3211                 vm_pindex_t l2pindex;
3212
3213                 /*
3214                  * Calculate pagetable page index
3215                  */
3216                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3217                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3218                         mpte->wire_count++;
3219                 } else {
3220                         /*
3221                          * Get the l2 entry
3222                          */
3223                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3224
3225                         /*
3226                          * If the page table page is mapped, we just increment
3227                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3228                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3229                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3230                          */
3231                         if (lvl == 1) {
3232                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3233                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3234                                     L2_BLOCK)
3235                                         return (NULL);
3236                         }
3237                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3238                                 mpte =
3239                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3240                                 mpte->wire_count++;
3241                         } else {
3242                                 /*
3243                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3244                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3245                                  */
3246                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3247                                 if (mpte == NULL)
3248                                         return (mpte);
3249                         }
3250                 }
3251                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3252                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3253         } else {
3254                 mpte = NULL;
3255                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3256                 KASSERT(pde != NULL,
3257                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3258                      va));
3259                 KASSERT(lvl == 2,
3260                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3261                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3262         }
3263
3264         if (pmap_load(l3) != 0) {
3265                 if (mpte != NULL) {
3266                         mpte->wire_count--;
3267                         mpte = NULL;
3268                 }
3269                 return (mpte);
3270         }
3271
3272         /*
3273          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3274          */
3275         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3276             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3277                 if (mpte != NULL) {
3278                         SLIST_INIT(&free);
3279                         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
3280                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3281                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3282                         }
3283                         mpte = NULL;
3284                 }
3285                 return (mpte);
3286         }
3287
3288         /*
3289          * Increment counters
3290          */
3291         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3292
3293         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3294         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3295             ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L3_PAGE;
3296         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3297                 l3_val |= ATTR_XN;
3298         else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3299                 l3_val |= ATTR_PXN;
3300
3301         /*
3302          * Now validate mapping with RO protection
3303          */
3304         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3305                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
3306
3307         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
3308         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3309             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
3310                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3311
3312         pmap_load_store(l3, l3_val);
3313         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3314         return (mpte);
3315 }
3316
3317 /*
3318  * This code maps large physical mmap regions into the
3319  * processor address space.  Note that some shortcuts
3320  * are taken, but the code works.
3321  */
3322 void
3323 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3324     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3325 {
3326
3327         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3328         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3329             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3330 }
3331
3332 /*
3333  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3334  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3335  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3336  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3337  *
3338  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3339  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3340  */
3341 void
3342 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3343 {
3344         vm_offset_t va_next;
3345         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3346         pt_entry_t *l3;
3347
3348         PMAP_LOCK(pmap);
3349         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3350                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3351                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3352                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3353                         if (va_next < sva)
3354                                 va_next = eva;
3355                         continue;
3356                 }
3357
3358                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3359                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3360                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3361                         if (va_next < sva)
3362                                 va_next = eva;
3363                         continue;
3364                 }
3365
3366                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3367                 if (va_next < sva)
3368                         va_next = eva;
3369
3370                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3371                 if (pmap_load(l2) == 0)
3372                         continue;
3373
3374                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3375                         l3 = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
3376                         if (l3 == NULL)
3377                                 continue;
3378                 }
3379                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3380                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
3381
3382                 if (va_next > eva)
3383                         va_next = eva;
3384                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3385                     sva += L3_SIZE) {
3386                         if (pmap_load(l3) == 0)
3387                                 continue;
3388                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3389                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3390                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
3391
3392                         /*
3393                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3394                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3395                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3396                          */
3397                         atomic_clear_long(l3, ATTR_SW_WIRED);
3398                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3399                 }
3400         }
3401         PMAP_UNLOCK(pmap);
3402 }
3403
3404 /*
3405  *      Copy the range specified by src_addr/len
3406  *      from the source map to the range dst_addr/len
3407  *      in the destination map.
3408  *
3409  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3410  */
3411
3412 void
3413 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3414     vm_offset_t src_addr)
3415 {
3416 }
3417
3418 /*
3419  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3420  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3421  */
3422 void
3423 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3424 {
3425         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3426
3427         pagezero((void *)va);
3428 }
3429
3430 /*
3431  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
3432  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3433  *
3434  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3435  */
3436 void
3437 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3438 {
3439         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3440
3441         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3442                 pagezero((void *)va);
3443         else
3444                 bzero((char *)va + off, size);
3445 }
3446
3447 /*
3448  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3449  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3450  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3451  *      time.
3452  */
3453 void
3454 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3455 {
3456         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3457         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3458
3459         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3460 }
3461
3462 int unmapped_buf_allowed = 1;
3463
3464 void
3465 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3466     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3467 {
3468         void *a_cp, *b_cp;
3469         vm_page_t m_a, m_b;
3470         vm_paddr_t p_a, p_b;
3471         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3472         int cnt;
3473
3474         while (xfersize > 0) {
3475                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3476                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3477                 p_a = m_a->phys_addr;
3478                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3479                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3480                 p_b = m_b->phys_addr;
3481                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3482                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3483                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3484                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3485                 } else {
3486                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3487                 }
3488                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3489                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3490                 } else {
3491                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3492                 }
3493                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3494                 a_offset += cnt;
3495                 b_offset += cnt;
3496                 xfersize -= cnt;
3497         }
3498 }
3499
3500 vm_offset_t
3501 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3502 {
3503
3504         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3505 }
3506
3507 void
3508 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3509 {
3510 }
3511
3512 /*
3513  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3514  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3515  * be changed upwards or downwards in the future; it
3516  * is only necessary that true be returned for a small
3517  * subset of pmaps for proper page aging.
3518  */
3519 boolean_t
3520 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3521 {
3522         struct md_page *pvh;
3523         struct rwlock *lock;
3524         pv_entry_t pv;
3525         int loops = 0;
3526         boolean_t rv;
3527
3528         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3529             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3530         rv = FALSE;
3531         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3532         rw_rlock(lock);
3533         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3534                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3535                         rv = TRUE;
3536                         break;
3537                 }
3538                 loops++;
3539                 if (loops >= 16)
3540                         break;
3541         }
3542         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3543                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3544                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3545                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3546                                 rv = TRUE;
3547                                 break;
3548                         }
3549                         loops++;
3550                         if (loops >= 16)
3551                                 break;
3552                 }
3553         }
3554         rw_runlock(lock);
3555         return (rv);
3556 }
3557
3558 /*
3559  *      pmap_page_wired_mappings:
3560  *
3561  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3562  *      that are wired.
3563  */
3564 int
3565 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3566 {
3567         struct rwlock *lock;
3568         struct md_page *pvh;
3569         pmap_t pmap;
3570         pt_entry_t *pte;
3571         pv_entry_t pv;
3572         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
3573
3574         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3575                 return (0);
3576         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3577         rw_rlock(lock);
3578 restart:
3579         count = 0;
3580         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3581                 pmap = PV_PMAP(pv);
3582                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3583                         md_gen = m->md.pv_gen;
3584                         rw_runlock(lock);
3585                         PMAP_LOCK(pmap);
3586                         rw_rlock(lock);
3587                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3588                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3589                                 goto restart;
3590                         }
3591                 }
3592                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3593                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3594                         count++;
3595                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3596         }
3597         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3598                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3599                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3600                         pmap = PV_PMAP(pv);
3601                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3602                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3603                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3604                                 rw_runlock(lock);
3605                                 PMAP_LOCK(pmap);
3606                                 rw_rlock(lock);
3607                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3608                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3609                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3610                                         goto restart;
3611                                 }
3612                         }
3613                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3614                         if (pte != NULL &&
3615                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3616                                 count++;
3617                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3618                 }
3619         }
3620         rw_runlock(lock);
3621         return (count);
3622 }
3623
3624 /*
3625  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3626  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3627  * caller.
3628  *
3629  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3630  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3631  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3632  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3633  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3634  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3635  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3636  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3637  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3638  * this function starts.
3639  */
3640 void
3641 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3642 {
3643         pd_entry_t *pde;
3644         pt_entry_t *pte, tpte;
3645         struct spglist free;
3646         vm_page_t m, ml3, mt;
3647         pv_entry_t pv;
3648         struct md_page *pvh;
3649         struct pv_chunk *pc, *npc;
3650         struct rwlock *lock;
3651         int64_t bit;
3652         uint64_t inuse, bitmask;
3653         int allfree, field, freed, idx, lvl;
3654         vm_paddr_t pa;
3655
3656         lock = NULL;
3657
3658         SLIST_INIT(&free);
3659         PMAP_LOCK(pmap);
3660         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3661                 allfree = 1;
3662                 freed = 0;
3663                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3664                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3665                         while (inuse != 0) {
3666                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3667                                 bitmask = 1UL << bit;
3668                                 idx = field * 64 + bit;
3669                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3670                                 inuse &= ~bitmask;
3671
3672                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3673                                 KASSERT(pde != NULL,
3674                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
3675
3676                                 switch(lvl) {
3677                                 case 1:
3678                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
3679                                         tpte = pmap_load(pte);
3680                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3681                                             L2_BLOCK,
3682                                             ("Attempting to remove an invalid "
3683                                             "block: %lx", tpte));
3684                                         tpte = pmap_load(pte);
3685                                         break;
3686                                 case 2:
3687                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3688                                         tpte = pmap_load(pte);
3689                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3690                                             L3_PAGE,
3691                                             ("Attempting to remove an invalid "
3692                                              "page: %lx", tpte));
3693                                         break;
3694                                 default:
3695                                         panic(
3696                                             "Invalid page directory level: %d",
3697                                             lvl);
3698                                 }
3699
3700 /*
3701  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3702  */
3703                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
3704                                         allfree = 0;
3705                                         continue;
3706                                 }
3707
3708                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
3709
3710                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3711                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
3712                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
3713                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
3714                                     (uintmax_t)tpte));
3715
3716                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3717                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3718                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3719                                     (uintmax_t)tpte));
3720
3721                                 pmap_load_clear(pte);
3722
3723                                 /*
3724                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3725                                  */
3726                                 if ((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) ==
3727                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3728                                         switch (lvl) {
3729                                         case 1:
3730                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3731                                                         vm_page_dirty(m);
3732                                                 break;
3733                                         case 2:
3734                                                 vm_page_dirty(m);
3735                                                 break;
3736                                         }
3737                                 }
3738
3739                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3740
3741                                 /* Mark free */
3742                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3743                                 switch (lvl) {
3744                                 case 1:
3745                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
3746                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3747                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
3748                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
3749                                         pvh->pv_gen++;
3750                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3751                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3752                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3753                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
3754                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3755                                         }
3756                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
3757                                             pv->pv_va);
3758                                         if (ml3 != NULL) {
3759                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
3760                                                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
3761                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
3762                                                 ml3->wire_count = 1;
3763                                                 vm_page_unwire_noq(ml3);
3764                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
3765                                                     &free, FALSE);
3766                                         }
3767                                         break;
3768                                 case 2:
3769                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3770                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
3771                                             pv_next);
3772                                         m->md.pv_gen++;
3773                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3774                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3775                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3776                                                 pvh = pa_to_pvh(
3777                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3778                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3779                                                         vm_page_aflag_clear(m,
3780                                                             PGA_WRITEABLE);
3781                                         }
3782                                         break;
3783                                 }
3784                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
3785                                     &free);
3786                                 freed++;
3787                         }
3788                 }
3789                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3790                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3791                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3792                 if (allfree) {
3793                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3794                         free_pv_chunk(pc);
3795                 }
3796         }
3797         pmap_invalidate_all(pmap);
3798         if (lock != NULL)
3799                 rw_wunlock(lock);
3800         PMAP_UNLOCK(pmap);
3801         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3802 }
3803
3804 /*
3805  * This is used to check if a page has been accessed or modified. As we
3806  * don't have a bit to see if it has been modified we have to assume it
3807  * has been if the page is read/write.
3808  */
3809 static boolean_t
3810 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3811 {
3812         struct rwlock *lock;
3813         pv_entry_t pv;
3814         struct md_page *pvh;
3815         pt_entry_t *pte, mask, value;
3816         pmap_t pmap;
3817         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3818         boolean_t rv;
3819
3820         rv = FALSE;
3821         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3822         rw_rlock(lock);
3823 restart:
3824         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3825                 pmap = PV_PMAP(pv);
3826                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3827                         md_gen = m->md.pv_gen;
3828                         rw_runlock(lock);
3829                         PMAP_LOCK(pmap);
3830                         rw_rlock(lock);
3831                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3832                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3833                                 goto restart;
3834                         }
3835                 }
3836                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3837                 KASSERT(lvl == 3,
3838                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3839                 mask = 0;
3840                 value = 0;
3841                 if (modified) {
3842                         mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3843                         value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3844                 }
3845                 if (accessed) {
3846                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3847                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
3848                 }
3849                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3850                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3851                 if (rv)
3852                         goto out;
3853         }
3854         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3855                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3856                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3857                         pmap = PV_PMAP(pv);
3858                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3859                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3860                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3861                                 rw_runlock(lock);
3862                                 PMAP_LOCK(pmap);
3863                                 rw_rlock(lock);
3864                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3865                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3866                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3867                                         goto restart;
3868                                 }
3869                         }
3870                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3871                         KASSERT(lvl == 2,
3872                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3873                         mask = 0;
3874                         value = 0;
3875                         if (modified) {
3876                                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3877                                 value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3878                         }
3879                         if (accessed) {
3880                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3881                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
3882                         }
3883                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3884                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3885                         if (rv)
3886                                 goto out;
3887                 }
3888         }
3889 out:
3890         rw_runlock(lock);
3891         return (rv);
3892 }
3893
3894 /*
3895  *      pmap_is_modified:
3896  *
3897  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3898  *      in any physical maps.
3899  */
3900 boolean_t
3901 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3902 {
3903
3904         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3905             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3906
3907         /*
3908          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3909          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
3910          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
3911          */
3912         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3913         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3914                 return (FALSE);
3915         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3916 }
3917
3918 /*
3919  *      pmap_is_prefaultable:
3920  *
3921  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3922  *      for prefault.
3923  */
3924 boolean_t
3925 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3926 {
3927         pt_entry_t *pte;
3928         boolean_t rv;
3929         int lvl;
3930
3931         rv = FALSE;
3932         PMAP_LOCK(pmap);
3933         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
3934         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
3935                 rv = TRUE;
3936         }
3937         PMAP_UNLOCK(pmap);
3938         return (rv);
3939 }
3940
3941 /*
3942  *      pmap_is_referenced:
3943  *
3944  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3945  *      in any physical maps.
3946  */
3947 boolean_t
3948 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3949 {
3950
3951         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3952             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3953         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3954 }
3955
3956 /*
3957  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3958  */
3959 void
3960 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3961 {
3962         struct md_page *pvh;
3963         pmap_t pmap;
3964         struct rwlock *lock;
3965         pv_entry_t next_pv, pv;
3966         pt_entry_t oldpte, *pte;
3967         vm_offset_t va;
3968         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3969
3970         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3971             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3972
3973         /*
3974          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3975          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
3976          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
3977          */
3978         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3979         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3980                 return;
3981         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3982         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3983             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3984 retry_pv_loop:
3985         rw_wlock(lock);
3986         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3987                 pmap = PV_PMAP(pv);
3988                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3989                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3990                         rw_wunlock(lock);
3991                         PMAP_LOCK(pmap);
3992                         rw_wlock(lock);
3993                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3994                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3995                                 rw_wunlock(lock);
3996                                 goto retry_pv_loop;
3997                         }
3998                 }
3999                 va = pv->pv_va;
4000                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4001                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
4002                         pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va & ~L2_OFFSET,
4003                             &lock);
4004                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4005                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4006                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4007                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4008         }
4009         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4010                 pmap = PV_PMAP(pv);
4011                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4012                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4013                         md_gen = m->md.pv_gen;
4014                         rw_wunlock(lock);
4015                         PMAP_LOCK(pmap);
4016                         rw_wlock(lock);
4017                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4018                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4019                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4020                                 rw_wunlock(lock);
4021                                 goto retry_pv_loop;
4022                         }
4023                 }
4024                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4025 retry:
4026                 oldpte = pmap_load(pte);
4027                 if ((oldpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
4028                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte,
4029                             oldpte | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
4030                                 goto retry;
4031                         if ((oldpte & ATTR_AF) != 0)
4032                                 vm_page_dirty(m);
4033                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4034                 }
4035                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4036         }
4037         rw_wunlock(lock);
4038         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4039 }
4040
4041 static __inline boolean_t
4042 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
4043 {
4044
4045         return (FALSE);
4046 }
4047
4048 /*
4049  *      pmap_ts_referenced:
4050  *
4051  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4052  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4053  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4054  *      reference bits set.
4055  *
4056  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4057  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4058  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4059  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4060  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4061  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4062  *      to pmap_is_modified().
4063  */
4064 int
4065 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4066 {
4067         struct md_page *pvh;
4068         pv_entry_t pv, pvf;
4069         pmap_t pmap;
4070         struct rwlock *lock;
4071         pd_entry_t *pde, tpde;
4072         pt_entry_t *pte, tpte;
4073         pt_entry_t *l3;
4074         vm_offset_t va;
4075         vm_paddr_t pa;
4076         int cleared, md_gen, not_cleared, lvl, pvh_gen;
4077         struct spglist free;
4078         bool demoted;
4079
4080         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4081             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4082         SLIST_INIT(&free);
4083         cleared = 0;
4084         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4085         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4086         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4087         rw_wlock(lock);
4088 retry:
4089         not_cleared = 0;
4090         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4091                 goto small_mappings;
4092         pv = pvf;
4093         do {
4094                 if (pvf == NULL)
4095                         pvf = pv;
4096                 pmap = PV_PMAP(pv);
4097                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4098                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4099                         rw_wunlock(lock);
4100                         PMAP_LOCK(pmap);
4101                         rw_wlock(lock);
4102                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4103                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4104                                 goto retry;
4105                         }
4106                 }
4107                 va = pv->pv_va;
4108                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4109                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4110                 KASSERT(lvl == 1,
4111                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4112                 tpde = pmap_load(pde);
4113                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4114                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4115                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4116                 tpte = pmap_load(pte);
4117                 if (pmap_page_dirty(tpte)) {
4118                         /*
4119                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4120                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4121                          * we only update the 4KB page under test.
4122                          */
4123                         vm_page_dirty(m);
4124                 }
4125                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4126                         /*
4127                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
4128                          * pages, it should not be cleared every time it is
4129                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
4130                          * physical page number, the virtual superpage number,
4131                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
4132                          * the 512 on which testing the reference bit will
4133                          * result in clearing that reference bit.  This
4134                          * function is designed to avoid the selection of the
4135                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
4136                          *
4137                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4138                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4139                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4140                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4141                          * since the superpage is wired, the current state of
4142                          * its reference bit won't affect page replacement.
4143                          */
4144                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4145                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4146                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4147                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4148                                         /*
4149                                          * TODO: We don't handle the access
4150                                          * flag at all. We need to be able
4151                                          * to set it in  the exception handler.
4152                                          */
4153                                         panic("ARM64TODO: "
4154                                             "safe_to_clear_referenced\n");
4155                                 } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, pte,
4156                                     pv->pv_va, &lock) != NULL) {
4157                                         demoted = true;
4158                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) -
4159                                             (tpte & ~ATTR_MASK);
4160                                         l3 = pmap_l2_to_l3(pte, va);
4161                                         pmap_remove_l3(pmap, l3, va,
4162                                             pmap_load(pte), NULL, &lock);
4163                                 } else
4164                                         demoted = true;
4165
4166                                 if (demoted) {
4167                                         /*
4168                                          * The superpage mapping was removed
4169                                          * entirely and therefore 'pv' is no
4170                                          * longer valid.
4171                                          */
4172                                         if (pvf == pv)
4173                                                 pvf = NULL;
4174                                         pv = NULL;
4175                                 }
4176                                 cleared++;
4177                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4178                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4179                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4180                         } else
4181                                 not_cleared++;
4182                 }
4183                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4184                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4185                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4186                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4187                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4188                         pvh->pv_gen++;
4189                 }
4190                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4191                         goto out;
4192         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4193 small_mappings:
4194         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4195                 goto out;
4196         pv = pvf;
4197         do {
4198                 if (pvf == NULL)
4199                         pvf = pv;
4200                 pmap = PV_PMAP(pv);
4201                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4202                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4203                         md_gen = m->md.pv_gen;
4204                         rw_wunlock(lock);
4205                         PMAP_LOCK(pmap);
4206                         rw_wlock(lock);
4207                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4208                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4209                                 goto retry;
4210                         }
4211                 }
4212                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4213                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4214                 KASSERT(lvl == 2,
4215                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4216                 tpde = pmap_load(pde);
4217                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4218                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4219                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4220                 tpte = pmap_load(pte);
4221                 if (pmap_page_dirty(tpte))
4222                         vm_page_dirty(m);
4223                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4224                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4225                                 /*
4226                                  * TODO: We don't handle the access flag
4227                                  * at all. We need to be able to set it in
4228                                  * the exception handler.
4229                                  */
4230                                 panic("ARM64TODO: safe_to_clear_referenced\n");
4231                         } else if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4232                                 /*
4233                                  * Wired pages cannot be paged out so
4234                                  * doing accessed bit emulation for
4235                                  * them is wasted effort. We do the
4236                                  * hard work for unwired pages only.
4237                                  */
4238                                 pmap_remove_l3(pmap, pte, pv->pv_va, tpde,
4239                                     &free, &lock);
4240                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4241                                 cleared++;
4242                                 if (pvf == pv)
4243                                         pvf = NULL;
4244                                 pv = NULL;
4245                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4246                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4247                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4248                         } else
4249                                 not_cleared++;
4250                 }
4251                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4252                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4253                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4254                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4255                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4256                         m->md.pv_gen++;
4257                 }
4258         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4259             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4260 out:
4261         rw_wunlock(lock);
4262         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4263         return (cleared + not_cleared);
4264 }
4265
4266 /*
4267  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4268  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4269  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4270  */
4271 void
4272 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4273 {
4274 }
4275
4276 /*
4277  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4278  */
4279 void
4280 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4281 {
4282
4283         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4284             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4285         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4286         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
4287             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
4288
4289         /*
4290          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4291          * If the object containing the page is locked and the page is not
4292          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4293          */
4294         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4295                 return;
4296
4297         /* ARM64TODO: We lack support for tracking if a page is modified */
4298 }
4299
4300 void *
4301 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4302 {
4303         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
4304         vm_offset_t va, offset;
4305         pd_entry_t *pde;
4306         pt_entry_t *l2;
4307         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
4308
4309         if (!vm_initialized) {
4310                 /*
4311                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
4312                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
4313                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
4314                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
4315                  */
4316                  if (size == 0)
4317                          return (NULL);
4318
4319                  /* Calculate how many full L2 blocks are needed for the mapping */
4320                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) - rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
4321
4322                 offset = pa & L2_OFFSET;
4323
4324                 if (preinit_map_va == 0)
4325                         return (NULL);
4326
4327                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
4328
4329                 free_l2_count = 0;
4330                 start_idx = -1;
4331                 /* Find enough free contiguous VA space */
4332                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
4333                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
4334                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
4335                                 /* Not enough space here */
4336                                 free_l2_count = 0;
4337                                 start_idx = -1;
4338                                 continue;
4339                         }
4340
4341                         if (ppim->pa == 0) {
4342                                 /* Free L2 block */
4343                                 if (start_idx == -1)
4344                                         start_idx = i;
4345                                 free_l2_count++;
4346                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
4347                                         break;
4348                         }
4349                 }
4350                 if (free_l2_count != l2_blocks)
4351                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
4352
4353                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
4354                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
4355                         /* Mark entries as allocated */
4356                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
4357                         ppim->pa = pa;
4358                         ppim->va = va + offset;
4359                         ppim->size = size;
4360                 }
4361
4362                 /* Map L2 blocks */
4363                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
4364                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
4365                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4366                         KASSERT(pde != NULL,
4367                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
4368                         KASSERT(lvl == 1, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
4369
4370                         /* Insert L2_BLOCK */
4371                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4372                         pmap_load_store(l2,
4373                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
4374                             ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
4375                         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + L2_SIZE);
4376
4377                         va += L2_SIZE;
4378                         pa += L2_SIZE;
4379                 }
4380
4381                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
4382
4383         } else {
4384                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
4385                 offset = pa & PAGE_MASK;
4386                 size = round_page(offset + size);
4387
4388                 va = kva_alloc(size);
4389                 if (va == 0)
4390                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
4391
4392                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4393                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
4394
4395                 /* L3 table is linked */
4396                 va = trunc_page(va);
4397                 pa = trunc_page(pa);
4398                 pmap_kenter(va, size, pa, CACHED_MEMORY);
4399         }
4400
4401         return ((void *)(va + offset));
4402 }
4403
4404 void
4405 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4406 {
4407         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
4408         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
4409         pd_entry_t *pde;
4410         pt_entry_t *l2;
4411         int i, lvl, l2_blocks, block;
4412
4413         l2_blocks = (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
4414         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
4415
4416         /* Remove preinit mapping */
4417         block = 0;
4418         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
4419                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
4420                 if (ppim->va == va) {
4421                         KASSERT(ppim->size == size, ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
4422                         ppim->va = 0;
4423                         ppim->pa = 0;
4424                         ppim->size = 0;
4425                         offset = block * L2_SIZE;
4426                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
4427
4428                         /* Remove L2_BLOCK */
4429                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
4430                         KASSERT(pde != NULL,
4431                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va_trunc));
4432                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
4433                         pmap_load_clear(l2);
4434                         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va_trunc, va_trunc + L2_SIZE);
4435
4436                         if (block == (l2_blocks - 1))
4437                                 return;
4438                         block++;
4439                 }
4440         }
4441
4442         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
4443         if (vm_initialized) {
4444                 offset = va & PAGE_MASK;
4445                 size = round_page(offset + size);
4446                 va = trunc_page(va);
4447
4448                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4449                 KASSERT(pde != NULL,
4450                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
4451                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
4452
4453                 /* Unmap and invalidate the pages */
4454                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4455                         pmap_kremove(va + tmpsize);
4456
4457                 kva_free(va, size);
4458         }
4459 }
4460
4461 /*
4462  * Sets the memory attribute for the specified page.
4463  */
4464 void
4465 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4466 {
4467
4468         m->md.pv_memattr = ma;
4469
4470         /*
4471          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4472          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4473          * required for data coherence.
4474          */
4475         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4476             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4477             m->md.pv_memattr) != 0)
4478                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4479 }
4480
4481 /*
4482  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4483  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4484  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4485  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4486  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4487  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4488  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4489  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4490  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4491  * same physical page have different memory types.
4492  *
4493  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4494  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4495  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4496  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4497  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4498  * virtual address range or the direct map.
4499  */
4500 static int
4501 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4502 {
4503         int error;
4504
4505         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4506         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4507         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4508         return (error);
4509 }
4510
4511 static int
4512 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4513 {
4514         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4515         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
4516         int lvl;
4517
4518         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4519         base = trunc_page(va);
4520         offset = va & PAGE_MASK;
4521         size = round_page(offset + size);
4522
4523         if (!VIRT_IN_DMAP(base))
4524                 return (EINVAL);
4525
4526         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4527                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
4528                 if (pte == NULL)
4529                         return (EINVAL);
4530
4531                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_IDX_MASK) == ATTR_IDX(mode)) {
4532                         /*
4533                          * We already have the correct attribute,
4534                          * ignore this entry.
4535                          */
4536                         switch (lvl) {
4537                         default:
4538                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4539                         case 1:
4540                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
4541                                 break;
4542                         case 2:
4543                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
4544                                 break;
4545                         case 3:
4546                                 tmpva += PAGE_SIZE;
4547                                 break;
4548                         }
4549                 } else {
4550                         /*
4551                          * Split the entry to an level 3 table, then
4552                          * set the new attribute.
4553                          */
4554                         switch (lvl) {
4555                         default:
4556                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4557                         case 1:
4558                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
4559                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
4560                                 if (newpte == NULL)
4561                                         return (EINVAL);
4562                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
4563                         case 2:
4564                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
4565                                     tmpva & ~L2_OFFSET);
4566                                 if (newpte == NULL)
4567                                         return (EINVAL);
4568                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
4569                         case 3:
4570                                 /* Update the entry */
4571                                 l3 = pmap_load(pte);
4572                                 l3 &= ~ATTR_IDX_MASK;
4573                                 l3 |= ATTR_IDX(mode);
4574                                 if (mode == DEVICE_MEMORY)
4575                                         l3 |= ATTR_XN;
4576
4577                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
4578                                     PAGE_SIZE);
4579
4580                                 /*
4581                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
4582                                  * the cache.
4583                                  */
4584                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
4585                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
4586
4587                                 break;
4588                         }
4589                         tmpva += PAGE_SIZE;
4590                 }
4591         }
4592
4593         return (0);
4594 }
4595
4596 /*
4597  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
4598  */
4599 static pt_entry_t *
4600 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
4601 {
4602         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
4603         vm_offset_t tmpl1;
4604         vm_paddr_t l2phys, phys;
4605         vm_page_t ml2;
4606         int i;
4607
4608         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4609         oldl1 = pmap_load(l1);
4610         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
4611             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
4612         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
4613             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
4614         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
4615             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
4616
4617         tmpl1 = 0;
4618         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
4619                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4620                 if (tmpl1 == 0)
4621                         return (NULL);
4622         }
4623
4624         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4625             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4626                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
4627                     " in pmap %p", va, pmap);
4628                 return (NULL);
4629         }
4630
4631         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
4632         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
4633
4634         /* Address the range points at */
4635         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
4636         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
4637         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
4638
4639         /* Create the new entries */
4640         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4641                 l2[i] = newl2 | phys;
4642                 phys += L2_SIZE;
4643         }
4644         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
4645             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
4646             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
4647
4648         if (tmpl1 != 0) {
4649                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
4650                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4651                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
4652         }
4653
4654         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4655
4656         if (tmpl1 != 0) {
4657                 pmap_kremove(tmpl1);
4658                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
4659         }
4660
4661         return (l2);
4662 }
4663
4664 /*
4665  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
4666  */
4667 static pt_entry_t *
4668 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
4669     struct rwlock **lockp)
4670 {
4671         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
4672         vm_offset_t tmpl2;
4673         vm_paddr_t l3phys, phys;
4674         vm_page_t ml3;
4675         int i;
4676
4677         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4678         l3 = NULL;
4679         oldl2 = pmap_load(l2);
4680         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
4681             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
4682         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
4683             ("pmap_demote_l2: Invalid virtual address %#lx", va));
4684
4685         tmpl2 = 0;
4686         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
4687                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4688                 if (tmpl2 == 0)
4689                         return (NULL);
4690         }
4691
4692         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
4693                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
4694                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4695                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4696                 if (ml3 == NULL) {
4697                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
4698                             " in pmap %p", va, pmap);
4699                         goto fail;
4700                 }
4701                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4702                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4703         }
4704
4705         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
4706         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
4707
4708         /* Address the range points at */
4709         phys = oldl2 & ~ATTR_MASK;
4710         /* The attributed from the old l2 table to be copied */
4711         newl3 = (oldl2 & (ATTR_MASK & ~ATTR_DESCR_MASK)) | L3_PAGE;
4712
4713         /*
4714          * If the page table page is new, initialize it.
4715          */
4716         if (ml3->wire_count == 1) {
4717                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4718                         l3[i] = newl3 | phys;
4719                         phys += L3_SIZE;
4720                 }
4721         }
4722         KASSERT(l3[0] == ((oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE),
4723             ("Invalid l3 page (%lx != %lx)", l3[0],
4724             (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE));
4725
4726         /*
4727          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
4728          */
4729         if (tmpl2 != 0) {
4730                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
4731                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4732                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
4733         }
4734
4735         /*
4736          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4737          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4738          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
4739          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4740          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
4741          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4742          */
4743         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4744                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
4745
4746         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4747
4748         /*
4749          * Demote the PV entry.
4750          */
4751         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4752                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4753
4754         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
4755         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
4756             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
4757
4758 fail:
4759         if (tmpl2 != 0) {
4760                 pmap_kremove(tmpl2);
4761                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
4762         }
4763
4764         return (l3);
4765
4766 }
4767
4768 static pt_entry_t *
4769 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
4770 {
4771         struct rwlock *lock;
4772         pt_entry_t *l3;
4773
4774         lock = NULL;
4775         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
4776         if (lock != NULL)
4777                 rw_wunlock(lock);
4778         return (l3);
4779 }
4780
4781 /*
4782  * perform the pmap work for mincore
4783  */
4784 int
4785 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
4786 {
4787         pd_entry_t *l1p, l1;
4788         pd_entry_t *l2p, l2;
4789         pt_entry_t *l3p, l3;
4790         vm_paddr_t pa;
4791         bool managed;
4792         int val;
4793
4794         PMAP_LOCK(pmap);
4795 retry:
4796         pa = 0;
4797         val = 0;
4798         managed = false;
4799
4800         l1p = pmap_l1(pmap, addr);
4801         if (l1p == NULL) /* No l1 */
4802                 goto done;
4803
4804         l1 = pmap_load(l1p);
4805         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_INVAL)
4806                 goto done;
4807
4808         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4809                 pa = (l1 & ~ATTR_MASK) | (addr & L1_OFFSET);
4810                 managed = (l1 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4811                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4812                 if (pmap_page_dirty(l1))
4813                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4814                 if ((l1 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4815                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4816                 goto done;
4817         }
4818
4819         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, addr);
4820         if (l2p == NULL) /* No l2 */
4821                 goto done;
4822
4823         l2 = pmap_load(l2p);
4824         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_INVAL)
4825                 goto done;
4826
4827         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4828                 pa = (l2 & ~ATTR_MASK) | (addr & L2_OFFSET);
4829                 managed = (l2 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4830                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4831                 if (pmap_page_dirty(l2))
4832                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4833                 if ((l2 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4834                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4835                 goto done;
4836         }
4837
4838         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, addr);
4839         if (l3p == NULL) /* No l3 */
4840                 goto done;
4841
4842         l3 = pmap_load(l2p);
4843         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_INVAL)
4844                 goto done;
4845
4846         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) {
4847                 pa = (l3 & ~ATTR_MASK) | (addr & L3_OFFSET);
4848                 managed = (l3 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4849                 val = MINCORE_INCORE;
4850                 if (pmap_page_dirty(l3))
4851                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4852                 if ((l3 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4853                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4854         }
4855
4856 done:
4857         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4858             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4859                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
4860                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
4861                         goto retry;
4862         } else
4863                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
4864         PMAP_UNLOCK(pmap);
4865
4866         return (val);
4867 }
4868
4869 void
4870 pmap_activate(struct thread *td)
4871 {
4872         pmap_t  pmap;
4873
4874         critical_enter();
4875         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4876         td->td_proc->p_md.md_l0addr = vtophys(pmap->pm_l0);
4877         __asm __volatile("msr ttbr0_el1, %0" : :
4878             "r"(td->td_proc->p_md.md_l0addr));
4879         pmap_invalidate_all(pmap);
4880         critical_exit();
4881 }
4882
4883 struct pcb *
4884 pmap_switch(struct thread *old, struct thread *new)
4885 {
4886         pcpu_bp_harden bp_harden;
4887         struct pcb *pcb;
4888
4889         /* Store the new curthread */
4890         PCPU_SET(curthread, new);
4891
4892         /* And the new pcb */
4893         pcb = new->td_pcb;
4894         PCPU_SET(curpcb, pcb);
4895
4896         /*
4897          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
4898          * to a user process.
4899          */
4900
4901         if (old == NULL ||
4902             old->td_proc->p_md.md_l0addr != new->td_proc->p_md.md_l0addr) {
4903                 __asm __volatile(
4904                     /* Switch to the new pmap */
4905                     "msr        ttbr0_el1, %0   \n"
4906                     "isb                        \n"
4907
4908                     /* Invalidate the TLB */
4909                     "dsb        ishst           \n"
4910                     "tlbi       vmalle1is       \n"
4911                     "dsb        ish             \n"
4912                     "isb                        \n"
4913                     : : "r"(new->td_proc->p_md.md_l0addr));
4914
4915                 /*
4916                  * Stop userspace from training the branch predictor against
4917                  * other processes. This will call into a CPU specific
4918                  * function that clears the branch predictor state.
4919                  */
4920                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
4921                 if (bp_harden != NULL)
4922                         bp_harden();
4923         }
4924
4925         return (pcb);
4926 }
4927
4928 void
4929 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4930 {
4931
4932         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4933                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
4934         } else {
4935                 u_int len, offset;
4936                 vm_paddr_t pa;
4937
4938                 /* Find the length of data in this page to flush */
4939                 offset = va & PAGE_MASK;
4940                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
4941
4942                 while (sz != 0) {
4943                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
4944                         pa = pmap_extract(pmap, va);
4945                         if (pa != 0)
4946                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
4947
4948                         /* Move to the next page */
4949                         sz -= len;
4950                         va += len;
4951                         /* Set the length for the next iteration */
4952                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
4953                 }
4954         }
4955 }
4956
4957 int
4958 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
4959 {
4960 #ifdef SMP
4961         register_t intr;
4962         uint64_t par;
4963
4964         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
4965         case EXCP_INSN_ABORT_L:
4966         case EXCP_INSN_ABORT:
4967         case EXCP_DATA_ABORT_L:
4968         case EXCP_DATA_ABORT:
4969                 break;
4970         default:
4971                 return (KERN_FAILURE);
4972         }
4973
4974         /* Data and insn aborts use same encoding for FCS field. */
4975         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
4976         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
4977         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
4978         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
4979         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
4980                 PMAP_LOCK(pmap);
4981                 /* Ask the MMU to check the address */
4982                 intr = intr_disable();
4983                 if (pmap == kernel_pmap)
4984                         par = arm64_address_translate_s1e1r(far);
4985                 else
4986                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
4987                 intr_restore(intr);
4988                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4989
4990                 /*
4991                  * If the translation was successful the address was invalid
4992                  * due to a break-before-make sequence. We can unlock and
4993                  * return success to the trap handler.
4994                  */
4995                 if (PAR_SUCCESS(par))
4996                         return (KERN_SUCCESS);
4997                 break;
4998         default:
4999                 break;
5000         }
5001 #endif
5002
5003         return (KERN_FAILURE);
5004 }
5005
5006 /*
5007  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5008  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5009  */
5010 void
5011 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5012     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5013 {
5014         vm_offset_t superpage_offset;
5015
5016         if (size < L2_SIZE)
5017                 return;
5018         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5019                 offset += ptoa(object->pg_color);
5020         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
5021         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
5022             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
5023                 return;
5024         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
5025                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
5026         else
5027                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
5028 }
5029
5030 /**
5031  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
5032  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
5033  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
5034  *
5035  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
5036  *                    address on the kernel memory map.
5037  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
5038  *                    of the pages passed in the page parameter.
5039  * \param count       Number of pages passed in.
5040  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
5041  *                    page faults, FALSE otherwise.
5042  *
5043  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
5044  *          finished or FALSE otherwise.
5045  *
5046  */
5047 boolean_t
5048 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
5049     boolean_t can_fault)
5050 {
5051         vm_paddr_t paddr;
5052         boolean_t needs_mapping;
5053         int error, i;
5054
5055         /*
5056          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
5057          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
5058          */
5059         needs_mapping = FALSE;
5060         for (i = 0; i < count; i++) {
5061                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5062                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
5063                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
5064                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
5065                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
5066                         needs_mapping = TRUE;
5067                 } else {
5068                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
5069                 }
5070         }
5071
5072         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
5073         if (!needs_mapping)
5074                 return (FALSE);
5075
5076         if (!can_fault)
5077                 sched_pin();
5078         for (i = 0; i < count; i++) {
5079                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5080                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
5081                         panic(
5082                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
5083                 }
5084         }
5085
5086         return (needs_mapping);
5087 }
5088
5089 void
5090 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
5091     boolean_t can_fault)
5092 {
5093         vm_paddr_t paddr;
5094         int i;
5095
5096         if (!can_fault)
5097                 sched_unpin();
5098         for (i = 0; i < count; i++) {
5099                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5100                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
5101                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
5102                 }
5103         }
5104 }