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         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2879                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
2880
2881         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2882
2883         mpte = NULL;
2884
2885         lock = NULL;
2886         PMAP_LOCK(pmap);
2887
2888         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2889         if (pde != NULL && lvl == 1) {
2890                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2891                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
2892                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2893                     &lock)) != NULL) {
2894                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
2895                         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2896                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
2897                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
2898                                 mpte->wire_count++;
2899                         }
2900                         goto havel3;
2901                 }
2902         }
2903
2904         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2905                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2906                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2907                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2908                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2909                         if (lock != NULL)
2910                                 rw_wunlock(lock);
2911                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2912                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2913                 }
2914                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2915                 KASSERT(pde != NULL,
2916                     ("pmap_enter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
2917                 KASSERT(lvl == 2,
2918                     ("pmap_enter: Invalid level %d", lvl));
2919         } else {
2920                 /*
2921                  * If we get a level 2 pde it must point to a level 3 entry
2922                  * otherwise we will need to create the intermediate tables
2923                  */
2924                 if (lvl < 2) {
2925                         switch (lvl) {
2926                         default:
2927                         case -1:
2928                                 /* Get the l0 pde to update */
2929                                 pde = pmap_l0(pmap, va);
2930                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2931
2932                                 l1_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2933                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2934                                     VM_ALLOC_ZERO);
2935                                 if (l1_m == NULL)
2936                                         panic("pmap_enter: l1 pte_m == NULL");
2937                                 if ((l1_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2938                                         pmap_zero_page(l1_m);
2939
2940                                 l1_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l1_m);
2941                                 pmap_load_store(pde, l1_pa | L0_TABLE);
2942                                 /* FALLTHROUGH */
2943                         case 0:
2944                                 /* Get the l1 pde to update */
2945                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2946                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2947
2948                                 l2_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2949                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2950                                     VM_ALLOC_ZERO);
2951                                 if (l2_m == NULL)
2952                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2953                                 if ((l2_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2954                                         pmap_zero_page(l2_m);
2955
2956                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2957                                 pmap_load_store(pde, l2_pa | L1_TABLE);
2958                                 /* FALLTHROUGH */
2959                         case 1:
2960                                 /* Get the l2 pde to update */
2961                                 pde = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2962                                 KASSERT(pde != NULL, ("..."));
2963
2964                                 l3_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2965                                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2966                                     VM_ALLOC_ZERO);
2967                                 if (l3_m == NULL)
2968                                         panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2969                                 if ((l3_m->flags & PG_ZERO) == 0)
2970                                         pmap_zero_page(l3_m);
2971
2972                                 l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2973                                 pmap_load_store(pde, l3_pa | L2_TABLE);
2974                                 break;
2975                         }
2976                 }
2977         }
2978         l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2979
2980 havel3:
2981         orig_l3 = pmap_load(l3);
2982         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
2983         pv = NULL;
2984
2985         /*
2986          * Is the specified virtual address already mapped?
2987          */
2988         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
2989                 /*
2990                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2991                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2992                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2993                  * the PT page will be also.
2994                  */
2995                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2996                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
2997                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2998                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2999                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3000                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3001
3002                 /*
3003                  * Remove the extra PT page reference.
3004                  */
3005                 if (mpte != NULL) {
3006                         mpte->wire_count--;
3007                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3008                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3009                              " va: 0x%lx", va));
3010                 }
3011
3012                 /*
3013                  * Has the physical page changed?
3014                  */
3015                 if (opa == pa) {
3016                         /*
3017                          * No, might be a protection or wiring change.
3018                          */
3019                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3020                                 if ((new_l3 & ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) ==
3021                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3022                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3023                                 }
3024                         }
3025                         goto validate;
3026                 }
3027
3028                 /*
3029                  * The physical page has changed.
3030                  */
3031                 (void)pmap_load_clear(l3);
3032                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
3033                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
3034                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3035                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3036
3037                         /*
3038                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3039                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3040                          * pmap_ts_referenced().
3041                          */
3042                         if (pmap_page_dirty(orig_l3))
3043                                 vm_page_dirty(om);
3044                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0)
3045                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3046                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3047                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3048                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3049                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3050                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3051                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3052                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3053                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3054                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3055                 }
3056                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3057                 orig_l3 = 0;
3058         } else {
3059                 /*
3060                  * Increment the counters.
3061                  */
3062                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3063                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3064                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3065         }
3066         /*
3067          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3068          */
3069         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3070                 if (pv == NULL) {
3071                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3072                         pv->pv_va = va;
3073                 }
3074                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3075                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3076                 m->md.pv_gen++;
3077                 if ((new_l3 & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
3078                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3079         }
3080
3081 validate:
3082         /*
3083          * Sync icache if exec permission and attribute VM_MEMATTR_WRITE_BACK
3084          * is set. Do it now, before the mapping is stored and made
3085          * valid for hardware table walk. If done later, then other can
3086          * access this page before caches are properly synced.
3087          * Don't do it for kernel memory which is mapped with exec
3088          * permission even if the memory isn't going to hold executable
3089          * code. The only time when icache sync is needed is after
3090          * kernel module is loaded and the relocation info is processed.
3091          * And it's done in elf_cpu_load_file().
3092         */
3093         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
3094             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
3095             (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_XN)))
3096                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3097
3098         /*
3099          * Update the L3 entry
3100          */
3101         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
3102                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
3103                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
3104                         /* same PA, different attributes */
3105                         pmap_load_store(l3, new_l3);
3106                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3107                         if (pmap_page_dirty(orig_l3) &&
3108                             (orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3109                                 vm_page_dirty(m);
3110                 } else {
3111                         /*
3112                          * orig_l3 == new_l3
3113                          * This can happens if multiple threads simultaneously
3114                          * access not yet mapped page. This bad for performance
3115                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
3116                          * cycle.
3117                          * Another possible reasons are:
3118                          * - VM and pmap memory layout are diverged
3119                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
3120                          *   actual mapping.
3121                          */
3122                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
3123                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
3124                             __func__, pmap, va, new_l3);
3125                 }
3126         } else {
3127                 /* New mappig */
3128                 pmap_load_store(l3, new_l3);
3129         }
3130
3131 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3132         if (pmap != pmap_kernel() &&
3133             (mpte == NULL || mpte->wire_count == NL3PG) &&
3134             pmap_superpages_enabled() &&
3135             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3136             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
3137                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
3138         }
3139 #endif
3140
3141         if (lock != NULL)
3142                 rw_wunlock(lock);
3143         PMAP_UNLOCK(pmap);
3144         return (KERN_SUCCESS);
3145 }
3146
3147 /*
3148  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3149  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3150  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3151  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3152  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3153  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3154  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3155  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3156  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3157  * corresponding offset from m_start are mapped.
3158  */
3159 void
3160 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3161     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3162 {
3163         struct rwlock *lock;
3164         vm_offset_t va;
3165         vm_page_t m, mpte;
3166         vm_pindex_t diff, psize;
3167
3168         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3169
3170         psize = atop(end - start);
3171         mpte = NULL;
3172         m = m_start;
3173         lock = NULL;
3174         PMAP_LOCK(pmap);
3175         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3176                 va = start + ptoa(diff);
3177                 mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte, &lock);
3178                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3179         }
3180         if (lock != NULL)
3181                 rw_wunlock(lock);
3182         PMAP_UNLOCK(pmap);
3183 }
3184
3185 /*
3186  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3187  * 1. Current pmap & pmap exists.
3188  * 2. Not wired.
3189  * 3. Read access.
3190  * 4. No page table pages.
3191  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3192  */
3193
3194 void
3195 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3196 {
3197         struct rwlock *lock;
3198
3199         lock = NULL;
3200         PMAP_LOCK(pmap);
3201         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3202         if (lock != NULL)
3203                 rw_wunlock(lock);
3204         PMAP_UNLOCK(pmap);
3205 }
3206
3207 static vm_page_t
3208 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3209     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3210 {
3211         struct spglist free;
3212         pd_entry_t *pde;
3213         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
3214         vm_paddr_t pa;
3215         int lvl;
3216
3217         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3218             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3219             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3220         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3221
3222         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3223         /*
3224          * In the case that a page table page is not
3225          * resident, we are creating it here.
3226          */
3227         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3228                 vm_pindex_t l2pindex;
3229
3230                 /*
3231                  * Calculate pagetable page index
3232                  */
3233                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3234                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3235                         mpte->wire_count++;
3236                 } else {
3237                         /*
3238                          * Get the l2 entry
3239                          */
3240                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3241
3242                         /*
3243                          * If the page table page is mapped, we just increment
3244                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3245                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3246                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3247                          */
3248                         if (lvl == 1) {
3249                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
3250                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
3251                                     L2_BLOCK)
3252                                         return (NULL);
3253                         }
3254                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
3255                                 mpte =
3256                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
3257                                 mpte->wire_count++;
3258                         } else {
3259                                 /*
3260                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3261                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3262                                  */
3263                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3264                                 if (mpte == NULL)
3265                                         return (mpte);
3266                         }
3267                 }
3268                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3269                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3270         } else {
3271                 mpte = NULL;
3272                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
3273                 KASSERT(pde != NULL,
3274                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
3275                      va));
3276                 KASSERT(lvl == 2,
3277                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
3278                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3279         }
3280
3281         if (pmap_load(l3) != 0) {
3282                 if (mpte != NULL) {
3283                         mpte->wire_count--;
3284                         mpte = NULL;
3285                 }
3286                 return (mpte);
3287         }
3288
3289         /*
3290          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3291          */
3292         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3293             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3294                 if (mpte != NULL) {
3295                         SLIST_INIT(&free);
3296                         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free)) {
3297                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3298                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3299                         }
3300                         mpte = NULL;
3301                 }
3302                 return (mpte);
3303         }
3304
3305         /*
3306          * Increment counters
3307          */
3308         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3309
3310         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3311         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_IDX(m->md.pv_memattr) |
3312             ATTR_AP(ATTR_AP_RO) | L3_PAGE;
3313         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 || m->md.pv_memattr == DEVICE_MEMORY)
3314                 l3_val |= ATTR_XN;
3315         else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3316                 l3_val |= ATTR_PXN;
3317
3318         /*
3319          * Now validate mapping with RO protection
3320          */
3321         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3322                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
3323
3324         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
3325         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
3326             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
3327                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
3328
3329         pmap_load_store(l3, l3_val);
3330         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3331         return (mpte);
3332 }
3333
3334 /*
3335  * This code maps large physical mmap regions into the
3336  * processor address space.  Note that some shortcuts
3337  * are taken, but the code works.
3338  */
3339 void
3340 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3341     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3342 {
3343
3344         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3345         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3346             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3347 }
3348
3349 /*
3350  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3351  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3352  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3353  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3354  *
3355  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3356  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3357  */
3358 void
3359 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3360 {
3361         vm_offset_t va_next;
3362         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3363         pt_entry_t *l3;
3364
3365         PMAP_LOCK(pmap);
3366         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3367                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3368                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3369                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3370                         if (va_next < sva)
3371                                 va_next = eva;
3372                         continue;
3373                 }
3374
3375                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3376                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3377                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3378                         if (va_next < sva)
3379                                 va_next = eva;
3380                         continue;
3381                 }
3382
3383                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3384                 if (va_next < sva)
3385                         va_next = eva;
3386
3387                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3388                 if (pmap_load(l2) == 0)
3389                         continue;
3390
3391                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3392                         l3 = pmap_demote_l2(pmap, l2, sva);
3393                         if (l3 == NULL)
3394                                 continue;
3395                 }
3396                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3397                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
3398
3399                 if (va_next > eva)
3400                         va_next = eva;
3401                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3402                     sva += L3_SIZE) {
3403                         if (pmap_load(l3) == 0)
3404                                 continue;
3405                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3406                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3407                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
3408
3409                         /*
3410                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3411                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3412                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3413                          */
3414                         atomic_clear_long(l3, ATTR_SW_WIRED);
3415                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3416                 }
3417         }
3418         PMAP_UNLOCK(pmap);
3419 }
3420
3421 /*
3422  *      Copy the range specified by src_addr/len
3423  *      from the source map to the range dst_addr/len
3424  *      in the destination map.
3425  *
3426  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3427  */
3428
3429 void
3430 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3431     vm_offset_t src_addr)
3432 {
3433 }
3434
3435 /*
3436  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3437  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3438  */
3439 void
3440 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3441 {
3442         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3443
3444         pagezero((void *)va);
3445 }
3446
3447 /*
3448  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
3449  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3450  *
3451  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3452  */
3453 void
3454 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3455 {
3456         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3457
3458         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3459                 pagezero((void *)va);
3460         else
3461                 bzero((char *)va + off, size);
3462 }
3463
3464 /*
3465  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3466  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3467  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3468  *      time.
3469  */
3470 void
3471 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3472 {
3473         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3474         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3475
3476         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3477 }
3478
3479 int unmapped_buf_allowed = 1;
3480
3481 void
3482 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3483     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3484 {
3485         void *a_cp, *b_cp;
3486         vm_page_t m_a, m_b;
3487         vm_paddr_t p_a, p_b;
3488         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3489         int cnt;
3490
3491         while (xfersize > 0) {
3492                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3493                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3494                 p_a = m_a->phys_addr;
3495                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3496                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3497                 p_b = m_b->phys_addr;
3498                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3499                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3500                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3501                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3502                 } else {
3503                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3504                 }
3505                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3506                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3507                 } else {
3508                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3509                 }
3510                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3511                 a_offset += cnt;
3512                 b_offset += cnt;
3513                 xfersize -= cnt;
3514         }
3515 }
3516
3517 vm_offset_t
3518 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3519 {
3520
3521         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3522 }
3523
3524 void
3525 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3526 {
3527 }
3528
3529 /*
3530  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3531  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3532  * be changed upwards or downwards in the future; it
3533  * is only necessary that true be returned for a small
3534  * subset of pmaps for proper page aging.
3535  */
3536 boolean_t
3537 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3538 {
3539         struct md_page *pvh;
3540         struct rwlock *lock;
3541         pv_entry_t pv;
3542         int loops = 0;
3543         boolean_t rv;
3544
3545         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3546             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3547         rv = FALSE;
3548         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3549         rw_rlock(lock);
3550         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3551                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3552                         rv = TRUE;
3553                         break;
3554                 }
3555                 loops++;
3556                 if (loops >= 16)
3557                         break;
3558         }
3559         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3560                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3561                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3562                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3563                                 rv = TRUE;
3564                                 break;
3565                         }
3566                         loops++;
3567                         if (loops >= 16)
3568                                 break;
3569                 }
3570         }
3571         rw_runlock(lock);
3572         return (rv);
3573 }
3574
3575 /*
3576  *      pmap_page_wired_mappings:
3577  *
3578  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3579  *      that are wired.
3580  */
3581 int
3582 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3583 {
3584         struct rwlock *lock;
3585         struct md_page *pvh;
3586         pmap_t pmap;
3587         pt_entry_t *pte;
3588         pv_entry_t pv;
3589         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
3590
3591         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3592                 return (0);
3593         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3594         rw_rlock(lock);
3595 restart:
3596         count = 0;
3597         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3598                 pmap = PV_PMAP(pv);
3599                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3600                         md_gen = m->md.pv_gen;
3601                         rw_runlock(lock);
3602                         PMAP_LOCK(pmap);
3603                         rw_rlock(lock);
3604                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3605                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3606                                 goto restart;
3607                         }
3608                 }
3609                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3610                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3611                         count++;
3612                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3613         }
3614         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3615                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3616                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3617                         pmap = PV_PMAP(pv);
3618                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3619                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3620                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3621                                 rw_runlock(lock);
3622                                 PMAP_LOCK(pmap);
3623                                 rw_rlock(lock);
3624                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3625                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3626                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3627                                         goto restart;
3628                                 }
3629                         }
3630                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3631                         if (pte != NULL &&
3632                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3633                                 count++;
3634                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3635                 }
3636         }
3637         rw_runlock(lock);
3638         return (count);
3639 }
3640
3641 /*
3642  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3643  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3644  * caller.
3645  *
3646  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3647  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3648  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3649  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3650  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3651  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3652  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3653  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3654  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3655  * this function starts.
3656  */
3657 void
3658 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3659 {
3660         pd_entry_t *pde;
3661         pt_entry_t *pte, tpte;
3662         struct spglist free;
3663         vm_page_t m, ml3, mt;
3664         pv_entry_t pv;
3665         struct md_page *pvh;
3666         struct pv_chunk *pc, *npc;
3667         struct rwlock *lock;
3668         int64_t bit;
3669         uint64_t inuse, bitmask;
3670         int allfree, field, freed, idx, lvl;
3671         vm_paddr_t pa;
3672
3673         lock = NULL;
3674
3675         SLIST_INIT(&free);
3676         PMAP_LOCK(pmap);
3677         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3678                 allfree = 1;
3679                 freed = 0;
3680                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3681                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3682                         while (inuse != 0) {
3683                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3684                                 bitmask = 1UL << bit;
3685                                 idx = field * 64 + bit;
3686                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3687                                 inuse &= ~bitmask;
3688
3689                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3690                                 KASSERT(pde != NULL,
3691                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
3692
3693                                 switch(lvl) {
3694                                 case 1:
3695                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
3696                                         tpte = pmap_load(pte);
3697                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3698                                             L2_BLOCK,
3699                                             ("Attempting to remove an invalid "
3700                                             "block: %lx", tpte));
3701                                         tpte = pmap_load(pte);
3702                                         break;
3703                                 case 2:
3704                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3705                                         tpte = pmap_load(pte);
3706                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
3707                                             L3_PAGE,
3708                                             ("Attempting to remove an invalid "
3709                                              "page: %lx", tpte));
3710                                         break;
3711                                 default:
3712                                         panic(
3713                                             "Invalid page directory level: %d",
3714                                             lvl);
3715                                 }
3716
3717 /*
3718  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
3719  */
3720                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
3721                                         allfree = 0;
3722                                         continue;
3723                                 }
3724
3725                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
3726
3727                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3728                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
3729                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
3730                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
3731                                     (uintmax_t)tpte));
3732
3733                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3734                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3735                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3736                                     (uintmax_t)tpte));
3737
3738                                 pmap_load_clear(pte);
3739
3740                                 /*
3741                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3742                                  */
3743                                 if ((tpte & ATTR_AP_RW_BIT) ==
3744                                     ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
3745                                         switch (lvl) {
3746                                         case 1:
3747                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3748                                                         vm_page_dirty(m);
3749                                                 break;
3750                                         case 2:
3751                                                 vm_page_dirty(m);
3752                                                 break;
3753                                         }
3754                                 }
3755
3756                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3757
3758                                 /* Mark free */
3759                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3760                                 switch (lvl) {
3761                                 case 1:
3762                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
3763                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3764                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & ~ATTR_MASK);
3765                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
3766                                         pvh->pv_gen++;
3767                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3768                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3769                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3770                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
3771                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3772                                         }
3773                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
3774                                             pv->pv_va);
3775                                         if (ml3 != NULL) {
3776                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
3777                                                 KASSERT(ml3->wire_count == NL3PG,
3778                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page wire count error"));
3779                                                 ml3->wire_count = 1;
3780                                                 vm_page_unwire_noq(ml3);
3781                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
3782                                                     &free, FALSE);
3783                                         }
3784                                         break;
3785                                 case 2:
3786                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3787                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
3788                                             pv_next);
3789                                         m->md.pv_gen++;
3790                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3791                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3792                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3793                                                 pvh = pa_to_pvh(
3794                                                     VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3795                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3796                                                         vm_page_aflag_clear(m,
3797                                                             PGA_WRITEABLE);
3798                                         }
3799                                         break;
3800                                 }
3801                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
3802                                     &free);
3803                                 freed++;
3804                         }
3805                 }
3806                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3807                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3808                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3809                 if (allfree) {
3810                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3811                         free_pv_chunk(pc);
3812                 }
3813         }
3814         pmap_invalidate_all(pmap);
3815         if (lock != NULL)
3816                 rw_wunlock(lock);
3817         PMAP_UNLOCK(pmap);
3818         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3819 }
3820
3821 /*
3822  * This is used to check if a page has been accessed or modified. As we
3823  * don't have a bit to see if it has been modified we have to assume it
3824  * has been if the page is read/write.
3825  */
3826 static boolean_t
3827 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3828 {
3829         struct rwlock *lock;
3830         pv_entry_t pv;
3831         struct md_page *pvh;
3832         pt_entry_t *pte, mask, value;
3833         pmap_t pmap;
3834         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3835         boolean_t rv;
3836
3837         rv = FALSE;
3838         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3839         rw_rlock(lock);
3840 restart:
3841         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3842                 pmap = PV_PMAP(pv);
3843                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3844                         md_gen = m->md.pv_gen;
3845                         rw_runlock(lock);
3846                         PMAP_LOCK(pmap);
3847                         rw_rlock(lock);
3848                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3849                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3850                                 goto restart;
3851                         }
3852                 }
3853                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3854                 KASSERT(lvl == 3,
3855                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3856                 mask = 0;
3857                 value = 0;
3858                 if (modified) {
3859                         mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3860                         value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3861                 }
3862                 if (accessed) {
3863                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3864                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
3865                 }
3866                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3867                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3868                 if (rv)
3869                         goto out;
3870         }
3871         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3872                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3873                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3874                         pmap = PV_PMAP(pv);
3875                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3876                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3877                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3878                                 rw_runlock(lock);
3879                                 PMAP_LOCK(pmap);
3880                                 rw_rlock(lock);
3881                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3882                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3883                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3884                                         goto restart;
3885                                 }
3886                         }
3887                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3888                         KASSERT(lvl == 2,
3889                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
3890                         mask = 0;
3891                         value = 0;
3892                         if (modified) {
3893                                 mask |= ATTR_AP_RW_BIT;
3894                                 value |= ATTR_AP(ATTR_AP_RW);
3895                         }
3896                         if (accessed) {
3897                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
3898                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
3899                         }
3900                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
3901                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3902                         if (rv)
3903                                 goto out;
3904                 }
3905         }
3906 out:
3907         rw_runlock(lock);
3908         return (rv);
3909 }
3910
3911 /*
3912  *      pmap_is_modified:
3913  *
3914  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3915  *      in any physical maps.
3916  */
3917 boolean_t
3918 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3919 {
3920
3921         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3922             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3923
3924         /*
3925          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3926          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
3927          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
3928          */
3929         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3930         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3931                 return (FALSE);
3932         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3933 }
3934
3935 /*
3936  *      pmap_is_prefaultable:
3937  *
3938  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3939  *      for prefault.
3940  */
3941 boolean_t
3942 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3943 {
3944         pt_entry_t *pte;
3945         boolean_t rv;
3946         int lvl;
3947
3948         rv = FALSE;
3949         PMAP_LOCK(pmap);
3950         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
3951         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
3952                 rv = TRUE;
3953         }
3954         PMAP_UNLOCK(pmap);
3955         return (rv);
3956 }
3957
3958 /*
3959  *      pmap_is_referenced:
3960  *
3961  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3962  *      in any physical maps.
3963  */
3964 boolean_t
3965 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3966 {
3967
3968         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3969             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3970         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3971 }
3972
3973 /*
3974  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3975  */
3976 void
3977 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3978 {
3979         struct md_page *pvh;
3980         pmap_t pmap;
3981         struct rwlock *lock;
3982         pv_entry_t next_pv, pv;
3983         pt_entry_t oldpte, *pte;
3984         vm_offset_t va;
3985         int lvl, md_gen, pvh_gen;
3986
3987         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3988             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3989
3990         /*
3991          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
3992          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
3993          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
3994          */
3995         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3996         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
3997                 return;
3998         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3999         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4000             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4001 retry_pv_loop:
4002         rw_wlock(lock);
4003         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4004                 pmap = PV_PMAP(pv);
4005                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4006                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4007                         rw_wunlock(lock);
4008                         PMAP_LOCK(pmap);
4009                         rw_wlock(lock);
4010                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4011                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4012                                 rw_wunlock(lock);
4013                                 goto retry_pv_loop;
4014                         }
4015                 }
4016                 va = pv->pv_va;
4017                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4018                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW))
4019                         pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va & ~L2_OFFSET,
4020                             &lock);
4021                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4022                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4023                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4024                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4025         }
4026         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4027                 pmap = PV_PMAP(pv);
4028                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4029                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4030                         md_gen = m->md.pv_gen;
4031                         rw_wunlock(lock);
4032                         PMAP_LOCK(pmap);
4033                         rw_wlock(lock);
4034                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
4035                             md_gen != m->md.pv_gen) {
4036                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4037                                 rw_wunlock(lock);
4038                                 goto retry_pv_loop;
4039                         }
4040                 }
4041                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4042 retry:
4043                 oldpte = pmap_load(pte);
4044                 if ((oldpte & ATTR_AP_RW_BIT) == ATTR_AP(ATTR_AP_RW)) {
4045                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte,
4046                             oldpte | ATTR_AP(ATTR_AP_RO)))
4047                                 goto retry;
4048                         if ((oldpte & ATTR_AF) != 0)
4049                                 vm_page_dirty(m);
4050                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4051                 }
4052                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4053         }
4054         rw_wunlock(lock);
4055         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4056 }
4057
4058 static __inline boolean_t
4059 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
4060 {
4061
4062         return (FALSE);
4063 }
4064
4065 /*
4066  *      pmap_ts_referenced:
4067  *
4068  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4069  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4070  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4071  *      reference bits set.
4072  *
4073  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4074  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4075  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4076  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4077  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4078  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4079  *      to pmap_is_modified().
4080  */
4081 int
4082 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4083 {
4084         struct md_page *pvh;
4085         pv_entry_t pv, pvf;
4086         pmap_t pmap;
4087         struct rwlock *lock;
4088         pd_entry_t *pde, tpde;
4089         pt_entry_t *pte, tpte;
4090         pt_entry_t *l3;
4091         vm_offset_t va;
4092         vm_paddr_t pa;
4093         int cleared, md_gen, not_cleared, lvl, pvh_gen;
4094         struct spglist free;
4095         bool demoted;
4096
4097         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4098             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4099         SLIST_INIT(&free);
4100         cleared = 0;
4101         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4102         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4103         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4104         rw_wlock(lock);
4105 retry:
4106         not_cleared = 0;
4107         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4108                 goto small_mappings;
4109         pv = pvf;
4110         do {
4111                 if (pvf == NULL)
4112                         pvf = pv;
4113                 pmap = PV_PMAP(pv);
4114                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4115                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4116                         rw_wunlock(lock);
4117                         PMAP_LOCK(pmap);
4118                         rw_wlock(lock);
4119                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4120                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4121                                 goto retry;
4122                         }
4123                 }
4124                 va = pv->pv_va;
4125                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4126                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
4127                 KASSERT(lvl == 1,
4128                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4129                 tpde = pmap_load(pde);
4130                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
4131                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
4132                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
4133                 tpte = pmap_load(pte);
4134                 if (pmap_page_dirty(tpte)) {
4135                         /*
4136                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
4137                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4138                          * we only update the 4KB page under test.
4139                          */
4140                         vm_page_dirty(m);
4141                 }
4142                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4143                         /*
4144                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
4145                          * pages, it should not be cleared every time it is
4146                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
4147                          * physical page number, the virtual superpage number,
4148                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
4149                          * the 512 on which testing the reference bit will
4150                          * result in clearing that reference bit.  This
4151                          * function is designed to avoid the selection of the
4152                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
4153                          *
4154                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4155                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4156                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4157                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4158                          * since the superpage is wired, the current state of
4159                          * its reference bit won't affect page replacement.
4160                          */
4161                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4162                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4163                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4164                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4165                                         /*
4166                                          * TODO: We don't handle the access
4167                                          * flag at all. We need to be able
4168                                          * to set it in  the exception handler.
4169                                          */
4170                                         panic("ARM64TODO: "
4171                                             "safe_to_clear_referenced\n");
4172                                 } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, pte,
4173                                     pv->pv_va, &lock) != NULL) {
4174                                         demoted = true;
4175                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) -
4176                                             (tpte & ~ATTR_MASK);
4177                                         l3 = pmap_l2_to_l3(pte, va);
4178                                         pmap_remove_l3(pmap, l3, va,
4179                                             pmap_load(pte), NULL, &lock);
4180                                 } else
4181                                         demoted = true;
4182
4183                                 if (demoted) {
4184                                         /*
4185                                          * The superpage mapping was removed
4186                                          * entirely and therefore 'pv' is no
4187                                          * longer valid.
4188                                          */
4189                                         if (pvf == pv)
4190                                                 pvf = NULL;
4191                                         pv = NULL;
4192                                 }
4193                                 cleared++;
4194                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4195                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4196                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4197                         } else
4198                                 not_cleared++;
4199                 }
4200                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4201                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4202                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4203                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4204                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4205                         pvh->pv_gen++;
4206                 }
4207                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4208                         goto out;
4209         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4210 small_mappings:
4211         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4212                 goto out;
4213         pv = pvf;
4214         do {
4215                 if (pvf == NULL)
4216                         pvf = pv;
4217                 pmap = PV_PMAP(pv);
4218                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4219                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4220                         md_gen = m->md.pv_gen;
4221                         rw_wunlock(lock);
4222                         PMAP_LOCK(pmap);
4223                         rw_wlock(lock);
4224                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4225                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4226                                 goto retry;
4227                         }
4228                 }
4229                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
4230                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
4231                 KASSERT(lvl == 2,
4232                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
4233                 tpde = pmap_load(pde);
4234                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4235                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4236                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
4237                 tpte = pmap_load(pte);
4238                 if (pmap_page_dirty(tpte))
4239                         vm_page_dirty(m);
4240                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
4241                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, tpte)) {
4242                                 /*
4243                                  * TODO: We don't handle the access flag
4244                                  * at all. We need to be able to set it in
4245                                  * the exception handler.
4246                                  */
4247                                 panic("ARM64TODO: safe_to_clear_referenced\n");
4248                         } else if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
4249                                 /*
4250                                  * Wired pages cannot be paged out so
4251                                  * doing accessed bit emulation for
4252                                  * them is wasted effort. We do the
4253                                  * hard work for unwired pages only.
4254                                  */
4255                                 pmap_remove_l3(pmap, pte, pv->pv_va, tpde,
4256                                     &free, &lock);
4257                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4258                                 cleared++;
4259                                 if (pvf == pv)
4260                                         pvf = NULL;
4261                                 pv = NULL;
4262                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
4263                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
4264                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
4265                         } else
4266                                 not_cleared++;
4267                 }
4268                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4269                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4270                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4271                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4272                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4273                         m->md.pv_gen++;
4274                 }
4275         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4276             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4277 out:
4278         rw_wunlock(lock);
4279         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4280         return (cleared + not_cleared);
4281 }
4282
4283 /*
4284  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4285  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4286  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4287  */
4288 void
4289 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4290 {
4291 }
4292
4293 /*
4294  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4295  */
4296 void
4297 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4298 {
4299
4300         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4301             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4302         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4303         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
4304             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
4305
4306         /*
4307          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4308          * If the object containing the page is locked and the page is not
4309          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4310          */
4311         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4312                 return;
4313
4314         /* ARM64TODO: We lack support for tracking if a page is modified */
4315 }
4316
4317 void *
4318 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4319 {
4320         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
4321         vm_offset_t va, offset;
4322         pd_entry_t *pde;
4323         pt_entry_t *l2;
4324         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
4325
4326         if (!vm_initialized) {
4327                 /*
4328                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
4329                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
4330                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
4331                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
4332                  */
4333                  if (size == 0)
4334                          return (NULL);
4335
4336                  /* Calculate how many full L2 blocks are needed for the mapping */
4337                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) - rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
4338
4339                 offset = pa & L2_OFFSET;
4340
4341                 if (preinit_map_va == 0)
4342                         return (NULL);
4343
4344                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
4345
4346                 free_l2_count = 0;
4347                 start_idx = -1;
4348                 /* Find enough free contiguous VA space */
4349                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
4350                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
4351                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
4352                                 /* Not enough space here */
4353                                 free_l2_count = 0;
4354                                 start_idx = -1;
4355                                 continue;
4356                         }
4357
4358                         if (ppim->pa == 0) {
4359                                 /* Free L2 block */
4360                                 if (start_idx == -1)
4361                                         start_idx = i;
4362                                 free_l2_count++;
4363                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
4364                                         break;
4365                         }
4366                 }
4367                 if (free_l2_count != l2_blocks)
4368                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
4369
4370                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
4371                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
4372                         /* Mark entries as allocated */
4373                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
4374                         ppim->pa = pa;
4375                         ppim->va = va + offset;
4376                         ppim->size = size;
4377                 }
4378
4379                 /* Map L2 blocks */
4380                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
4381                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
4382                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4383                         KASSERT(pde != NULL,
4384                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
4385                         KASSERT(lvl == 1, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
4386
4387                         /* Insert L2_BLOCK */
4388                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4389                         pmap_load_store(l2,
4390                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_XN |
4391                             ATTR_IDX(CACHED_MEMORY) | L2_BLOCK);
4392                         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + L2_SIZE);
4393
4394                         va += L2_SIZE;
4395                         pa += L2_SIZE;
4396                 }
4397
4398                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
4399
4400         } else {
4401                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
4402                 offset = pa & PAGE_MASK;
4403                 size = round_page(offset + size);
4404
4405                 va = kva_alloc(size);
4406                 if (va == 0)
4407                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
4408
4409                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4410                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
4411
4412                 /* L3 table is linked */
4413                 va = trunc_page(va);
4414                 pa = trunc_page(pa);
4415                 pmap_kenter(va, size, pa, CACHED_MEMORY);
4416         }
4417
4418         return ((void *)(va + offset));
4419 }
4420
4421 void
4422 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4423 {
4424         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
4425         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
4426         pd_entry_t *pde;
4427         pt_entry_t *l2;
4428         int i, lvl, l2_blocks, block;
4429
4430         l2_blocks = (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
4431         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
4432
4433         /* Remove preinit mapping */
4434         block = 0;
4435         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
4436                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
4437                 if (ppim->va == va) {
4438                         KASSERT(ppim->size == size, ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
4439                         ppim->va = 0;
4440                         ppim->pa = 0;
4441                         ppim->size = 0;
4442                         offset = block * L2_SIZE;
4443                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
4444
4445                         /* Remove L2_BLOCK */
4446                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
4447                         KASSERT(pde != NULL,
4448                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va_trunc));
4449                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
4450                         pmap_load_clear(l2);
4451                         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va_trunc, va_trunc + L2_SIZE);
4452
4453                         if (block == (l2_blocks - 1))
4454                                 return;
4455                         block++;
4456                 }
4457         }
4458
4459         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
4460         if (vm_initialized) {
4461                 offset = va & PAGE_MASK;
4462                 size = round_page(offset + size);
4463                 va = trunc_page(va);
4464
4465                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4466                 KASSERT(pde != NULL,
4467                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
4468                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
4469
4470                 /* Unmap and invalidate the pages */
4471                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4472                         pmap_kremove(va + tmpsize);
4473
4474                 kva_free(va, size);
4475         }
4476 }
4477
4478 /*
4479  * Sets the memory attribute for the specified page.
4480  */
4481 void
4482 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4483 {
4484
4485         m->md.pv_memattr = ma;
4486
4487         /*
4488          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4489          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4490          * required for data coherence.
4491          */
4492         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4493             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4494             m->md.pv_memattr) != 0)
4495                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4496 }
4497
4498 /*
4499  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4500  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4501  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
4502  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
4503  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
4504  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
4505  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
4506  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
4507  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
4508  * same physical page have different memory types.
4509  *
4510  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4511  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4512  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4513  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4514  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4515  * virtual address range or the direct map.
4516  */
4517 static int
4518 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4519 {
4520         int error;
4521
4522         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4523         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4524         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4525         return (error);
4526 }
4527
4528 static int
4529 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4530 {
4531         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4532         pt_entry_t l3, *pte, *newpte;
4533         int lvl;
4534
4535         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4536         base = trunc_page(va);
4537         offset = va & PAGE_MASK;
4538         size = round_page(offset + size);
4539
4540         if (!VIRT_IN_DMAP(base))
4541                 return (EINVAL);
4542
4543         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4544                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
4545                 if (pte == NULL)
4546                         return (EINVAL);
4547
4548                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_IDX_MASK) == ATTR_IDX(mode)) {
4549                         /*
4550                          * We already have the correct attribute,
4551                          * ignore this entry.
4552                          */
4553                         switch (lvl) {
4554                         default:
4555                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4556                         case 1:
4557                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
4558                                 break;
4559                         case 2:
4560                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
4561                                 break;
4562                         case 3:
4563                                 tmpva += PAGE_SIZE;
4564                                 break;
4565                         }
4566                 } else {
4567                         /*
4568                          * Split the entry to an level 3 table, then
4569                          * set the new attribute.
4570                          */
4571                         switch (lvl) {
4572                         default:
4573                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
4574                         case 1:
4575                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, pte,
4576                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
4577                                 if (newpte == NULL)
4578                                         return (EINVAL);
4579                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, tmpva);
4580                         case 2:
4581                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, pte,
4582                                     tmpva & ~L2_OFFSET);
4583                                 if (newpte == NULL)
4584                                         return (EINVAL);
4585                                 pte = pmap_l2_to_l3(pte, tmpva);
4586                         case 3:
4587                                 /* Update the entry */
4588                                 l3 = pmap_load(pte);
4589                                 l3 &= ~ATTR_IDX_MASK;
4590                                 l3 |= ATTR_IDX(mode);
4591                                 if (mode == DEVICE_MEMORY)
4592                                         l3 |= ATTR_XN;
4593
4594                                 pmap_update_entry(kernel_pmap, pte, l3, tmpva,
4595                                     PAGE_SIZE);
4596
4597                                 /*
4598                                  * If moving to a non-cacheable entry flush
4599                                  * the cache.
4600                                  */
4601                                 if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
4602                                         cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, L3_SIZE);
4603
4604                                 break;
4605                         }
4606                         tmpva += PAGE_SIZE;
4607                 }
4608         }
4609
4610         return (0);
4611 }
4612
4613 /*
4614  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
4615  */
4616 static pt_entry_t *
4617 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
4618 {
4619         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
4620         vm_offset_t tmpl1;
4621         vm_paddr_t l2phys, phys;
4622         vm_page_t ml2;
4623         int i;
4624
4625         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4626         oldl1 = pmap_load(l1);
4627         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
4628             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
4629         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
4630             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
4631         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
4632             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
4633
4634         tmpl1 = 0;
4635         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
4636                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4637                 if (tmpl1 == 0)
4638                         return (NULL);
4639         }
4640
4641         if ((ml2 = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
4642             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
4643                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
4644                     " in pmap %p", va, pmap);
4645                 return (NULL);
4646         }
4647
4648         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
4649         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
4650
4651         /* Address the range points at */
4652         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
4653         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
4654         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
4655
4656         /* Create the new entries */
4657         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4658                 l2[i] = newl2 | phys;
4659                 phys += L2_SIZE;
4660         }
4661         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
4662             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
4663             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
4664
4665         if (tmpl1 != 0) {
4666                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
4667                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4668                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
4669         }
4670
4671         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4672
4673         if (tmpl1 != 0) {
4674                 pmap_kremove(tmpl1);
4675                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
4676         }
4677
4678         return (l2);
4679 }
4680
4681 /*
4682  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
4683  */
4684 static pt_entry_t *
4685 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
4686     struct rwlock **lockp)
4687 {
4688         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
4689         vm_offset_t tmpl2;
4690         vm_paddr_t l3phys, phys;
4691         vm_page_t ml3;
4692         int i;
4693
4694         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4695         l3 = NULL;
4696         oldl2 = pmap_load(l2);
4697         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
4698             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
4699         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
4700             ("pmap_demote_l2: Invalid virtual address %#lx", va));
4701
4702         tmpl2 = 0;
4703         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
4704                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
4705                 if (tmpl2 == 0)
4706                         return (NULL);
4707         }
4708
4709         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
4710                 ml3 = vm_page_alloc(NULL, pmap_l2_pindex(va),
4711                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4712                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4713                 if (ml3 == NULL) {
4714                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
4715                             " in pmap %p", va, pmap);
4716                         goto fail;
4717                 }
4718                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4719                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4720         }
4721
4722         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
4723         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
4724
4725         /* Address the range points at */
4726         phys = oldl2 & ~ATTR_MASK;
4727         /* The attributed from the old l2 table to be copied */
4728         newl3 = (oldl2 & (ATTR_MASK & ~ATTR_DESCR_MASK)) | L3_PAGE;
4729
4730         /*
4731          * If the page table page is new, initialize it.
4732          */
4733         if (ml3->wire_count == 1) {
4734                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
4735                         l3[i] = newl3 | phys;
4736                         phys += L3_SIZE;
4737                 }
4738         }
4739         KASSERT(l3[0] == ((oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE),
4740             ("Invalid l3 page (%lx != %lx)", l3[0],
4741             (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE));
4742
4743         /*
4744          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
4745          */
4746         if (tmpl2 != 0) {
4747                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
4748                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET, CACHED_MEMORY);
4749                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
4750         }
4751
4752         /*
4753          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4754          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4755          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
4756          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4757          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
4758          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4759          */
4760         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4761                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
4762
4763         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
4764
4765         /*
4766          * Demote the PV entry.
4767          */
4768         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4769                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4770
4771         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
4772         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
4773             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
4774
4775 fail:
4776         if (tmpl2 != 0) {
4777                 pmap_kremove(tmpl2);
4778                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
4779         }
4780
4781         return (l3);
4782
4783 }
4784
4785 static pt_entry_t *
4786 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
4787 {
4788         struct rwlock *lock;
4789         pt_entry_t *l3;
4790
4791         lock = NULL;
4792         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
4793         if (lock != NULL)
4794                 rw_wunlock(lock);
4795         return (l3);
4796 }
4797
4798 /*
4799  * perform the pmap work for mincore
4800  */
4801 int
4802 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
4803 {
4804         pd_entry_t *l1p, l1;
4805         pd_entry_t *l2p, l2;
4806         pt_entry_t *l3p, l3;
4807         vm_paddr_t pa;
4808         bool managed;
4809         int val;
4810
4811         PMAP_LOCK(pmap);
4812 retry:
4813         pa = 0;
4814         val = 0;
4815         managed = false;
4816
4817         l1p = pmap_l1(pmap, addr);
4818         if (l1p == NULL) /* No l1 */
4819                 goto done;
4820
4821         l1 = pmap_load(l1p);
4822         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_INVAL)
4823                 goto done;
4824
4825         if ((l1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4826                 pa = (l1 & ~ATTR_MASK) | (addr & L1_OFFSET);
4827                 managed = (l1 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4828                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4829                 if (pmap_page_dirty(l1))
4830                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4831                 if ((l1 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4832                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4833                 goto done;
4834         }
4835
4836         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, addr);
4837         if (l2p == NULL) /* No l2 */
4838                 goto done;
4839
4840         l2 = pmap_load(l2p);
4841         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_INVAL)
4842                 goto done;
4843
4844         if ((l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4845                 pa = (l2 & ~ATTR_MASK) | (addr & L2_OFFSET);
4846                 managed = (l2 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4847                 val = MINCORE_SUPER | MINCORE_INCORE;
4848                 if (pmap_page_dirty(l2))
4849                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4850                 if ((l2 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4851                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4852                 goto done;
4853         }
4854
4855         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, addr);
4856         if (l3p == NULL) /* No l3 */
4857                 goto done;
4858
4859         l3 = pmap_load(l2p);
4860         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_INVAL)
4861                 goto done;
4862
4863         if ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) {
4864                 pa = (l3 & ~ATTR_MASK) | (addr & L3_OFFSET);
4865                 managed = (l3 & ATTR_SW_MANAGED) == ATTR_SW_MANAGED;
4866                 val = MINCORE_INCORE;
4867                 if (pmap_page_dirty(l3))
4868                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4869                 if ((l3 & ATTR_AF) == ATTR_AF)
4870                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4871         }
4872
4873 done:
4874         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4875             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4876                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
4877                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
4878                         goto retry;
4879         } else
4880                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
4881         PMAP_UNLOCK(pmap);
4882
4883         return (val);
4884 }
4885
4886 void
4887 pmap_activate(struct thread *td)
4888 {
4889         pmap_t  pmap;
4890
4891         critical_enter();
4892         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4893         td->td_proc->p_md.md_l0addr = vtophys(pmap->pm_l0);
4894         __asm __volatile("msr ttbr0_el1, %0" : :
4895             "r"(td->td_proc->p_md.md_l0addr));
4896         pmap_invalidate_all(pmap);
4897         critical_exit();
4898 }
4899
4900 struct pcb *
4901 pmap_switch(struct thread *old, struct thread *new)
4902 {
4903         pcpu_bp_harden bp_harden;
4904         struct pcb *pcb;
4905
4906         /* Store the new curthread */
4907         PCPU_SET(curthread, new);
4908
4909         /* And the new pcb */
4910         pcb = new->td_pcb;
4911         PCPU_SET(curpcb, pcb);
4912
4913         /*
4914          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
4915          * to a user process.
4916          */
4917
4918         if (old == NULL ||
4919             old->td_proc->p_md.md_l0addr != new->td_proc->p_md.md_l0addr) {
4920                 __asm __volatile(
4921                     /* Switch to the new pmap */
4922                     "msr        ttbr0_el1, %0   \n"
4923                     "isb                        \n"
4924
4925                     /* Invalidate the TLB */
4926                     "dsb        ishst           \n"
4927                     "tlbi       vmalle1is       \n"
4928                     "dsb        ish             \n"
4929                     "isb                        \n"
4930                     : : "r"(new->td_proc->p_md.md_l0addr));
4931
4932                 /*
4933                  * Stop userspace from training the branch predictor against
4934                  * other processes. This will call into a CPU specific
4935                  * function that clears the branch predictor state.
4936                  */
4937                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
4938                 if (bp_harden != NULL)
4939                         bp_harden();
4940         }
4941
4942         return (pcb);
4943 }
4944
4945 void
4946 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4947 {
4948
4949         if (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
4950                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
4951         } else {
4952                 u_int len, offset;
4953                 vm_paddr_t pa;
4954
4955                 /* Find the length of data in this page to flush */
4956                 offset = va & PAGE_MASK;
4957                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
4958
4959                 while (sz != 0) {
4960                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
4961                         pa = pmap_extract(pmap, va);
4962                         if (pa != 0)
4963                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
4964
4965                         /* Move to the next page */
4966                         sz -= len;
4967                         va += len;
4968                         /* Set the length for the next iteration */
4969                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
4970                 }
4971         }
4972 }
4973
4974 int
4975 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
4976 {
4977 #ifdef SMP
4978         register_t intr;
4979         uint64_t par;
4980
4981         switch (ESR_ELx_EXCEPTION(esr)) {
4982         case EXCP_INSN_ABORT_L:
4983         case EXCP_INSN_ABORT:
4984         case EXCP_DATA_ABORT_L:
4985         case EXCP_DATA_ABORT:
4986                 break;
4987         default:
4988                 return (KERN_FAILURE);
4989         }
4990
4991         /* Data and insn aborts use same encoding for FCS field. */
4992         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
4993         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
4994         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
4995         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
4996         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
4997                 PMAP_LOCK(pmap);
4998                 /* Ask the MMU to check the address */
4999                 intr = intr_disable();
5000                 if (pmap == kernel_pmap)
5001                         par = arm64_address_translate_s1e1r(far);
5002                 else
5003                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
5004                 intr_restore(intr);
5005                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5006
5007                 /*
5008                  * If the translation was successful the address was invalid
5009                  * due to a break-before-make sequence. We can unlock and
5010                  * return success to the trap handler.
5011                  */
5012                 if (PAR_SUCCESS(par))
5013                         return (KERN_SUCCESS);
5014                 break;
5015         default:
5016                 break;
5017         }
5018 #endif
5019
5020         return (KERN_FAILURE);
5021 }
5022
5023 /*
5024  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5025  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5026  */
5027 void
5028 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5029     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5030 {
5031         vm_offset_t superpage_offset;
5032
5033         if (size < L2_SIZE)
5034                 return;
5035         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5036                 offset += ptoa(object->pg_color);
5037         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
5038         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
5039             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
5040                 return;
5041         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
5042                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
5043         else
5044                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
5045 }
5046
5047 /**
5048  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
5049  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
5050  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
5051  *
5052  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
5053  *                    address on the kernel memory map.
5054  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
5055  *                    of the pages passed in the page parameter.
5056  * \param count       Number of pages passed in.
5057  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
5058  *                    page faults, FALSE otherwise.
5059  *
5060  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
5061  *          finished or FALSE otherwise.
5062  *
5063  */
5064 boolean_t
5065 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
5066     boolean_t can_fault)
5067 {
5068         vm_paddr_t paddr;
5069         boolean_t needs_mapping;
5070         int error, i;
5071
5072         /*
5073          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
5074          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
5075          */
5076         needs_mapping = FALSE;
5077         for (i = 0; i < count; i++) {
5078                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5079                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
5080                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
5081                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
5082                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
5083                         needs_mapping = TRUE;
5084                 } else {
5085                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
5086                 }
5087         }
5088
5089         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
5090         if (!needs_mapping)
5091                 return (FALSE);
5092
5093         if (!can_fault)
5094                 sched_pin();
5095         for (i = 0; i < count; i++) {
5096                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5097                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
5098                         panic(
5099                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
5100                 }
5101         }
5102
5103         return (needs_mapping);
5104 }
5105
5106 void
5107 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
5108     boolean_t can_fault)
5109 {
5110         vm_paddr_t paddr;
5111         int i;
5112
5113         if (!can_fault)
5114                 sched_unpin();
5115         for (i = 0; i < count; i++) {
5116                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
5117                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
5118                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
5119                 }
5120         }
5121 }