]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
libarchive: merge from vendor branch
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/vm_dumpset.h>
147 #include <vm/uma.h>
148
149 #include <machine/machdep.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152
153 #ifdef NUMA
154 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
155 #else
156 #define PMAP_MEMDOM     1
157 #endif
158
159 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
160 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
161
162 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
163 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
164 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
165 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
166
167 #define NUL0E           L0_ENTRIES
168 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
169 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
170
171 #if !defined(DIAGNOSTIC)
172 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
173 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
174 #else
175 #define PMAP_INLINE     extern inline
176 #endif
177 #else
178 #define PMAP_INLINE
179 #endif
180
181 #ifdef PV_STATS
182 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
183 #define __pvused
184 #else
185 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
186 #define __pvused        __unused
187 #endif
188
189 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
190 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
191 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
192
193 struct pmap_large_md_page {
194         struct rwlock   pv_lock;
195         struct md_page  pv_page;
196         /* Pad to a power of 2, see pmap_init_pv_table(). */
197         int             pv_pad[2];
198 };
199
200 static struct pmap_large_md_page *
201 _pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204         int segind;
205
206         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
207                 seg = &vm_phys_segs[segind];
208                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
209                         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
210                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
211         }
212         return (NULL);
213 }
214
215 static struct pmap_large_md_page *
216 pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
217 {
218         struct pmap_large_md_page *pvd;
219
220         pvd = _pa_to_pmdp(pa);
221         if (pvd == NULL)
222                 panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
223         return (pvd);
224 }
225
226 static struct pmap_large_md_page *
227 page_to_pmdp(vm_page_t m)
228 {
229         struct vm_phys_seg *seg;
230
231         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
232         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
233             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
234 }
235
236 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
237 #define page_to_pvh(m)  (&(page_to_pmdp(m)->pv_page))
238
239 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
240         struct pmap_large_md_page *_pvd;                        \
241         struct rwlock *_lock;                                   \
242         _pvd = _pa_to_pmdp(pa);                                 \
243         if (__predict_false(_pvd == NULL))                      \
244                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
245         else                                                    \
246                 _lock = &(_pvd->pv_lock);                       \
247         _lock;                                                  \
248 })
249
250 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
251         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
252         struct rwlock *_new_lock;                       \
253                                                         \
254         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
255         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
256                 if (*_lockp != NULL)                    \
257                         rw_wunlock(*_lockp);            \
258                 *_lockp = _new_lock;                    \
259                 rw_wlock(*_lockp);                      \
260         }                                               \
261 } while (0)
262
263 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
264                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
265
266 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
267         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
268                                                         \
269         if (*_lockp != NULL) {                          \
270                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
271                 *_lockp = NULL;                         \
272         }                                               \
273 } while (0)
274
275 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
276                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
277
278 /*
279  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
280  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
281  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
282  *
283  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
284  * as a software managed bit.
285  */
286 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
287
288 struct pmap kernel_pmap_store;
289
290 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
291 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
292 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
293 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
294 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
295
296 /*
297  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
298  * Always map entire L2 block for simplicity.
299  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
300  */
301 static struct pmap_preinit_mapping {
302         vm_paddr_t      pa;
303         vm_offset_t     va;
304         vm_size_t       size;
305 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
306
307 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
308 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
309 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
310
311 /*
312  * Data for the pv entry allocation mechanism.
313  */
314 #ifdef NUMA
315 static __inline int
316 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
317 {
318         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
319 }
320 #else
321 static __inline int
322 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
323 {
324         return (0);
325 }
326 #endif
327
328 struct pv_chunks_list {
329         struct mtx pvc_lock;
330         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
331         int active_reclaims;
332 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
333
334 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
335
336 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
337 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
338 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
339 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
340
341 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
342 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
343 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
344
345 extern pt_entry_t pagetable_l0_ttbr1[];
346
347 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
348 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
349 static u_int physmap_idx;
350
351 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
352     "VM/pmap parameters");
353
354 #if PAGE_SIZE == PAGE_SIZE_4K
355 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     1
356 #else
357 /* TODO: Make this dynamic when we support FEAT_LPA2 (TCR_EL1.DS == 1) */
358 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     0
359 #endif
360
361 #define PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED MPASS(L1_BLOCKS_SUPPORTED)
362
363 /*
364  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
365  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
366  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
367  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
368  * ASIDs that are not currently active on a processor.
369  *
370  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
371  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
372  * below.
373  */
374 struct asid_set {
375         int asid_bits;
376         bitstr_t *asid_set;
377         int asid_set_size;
378         int asid_next;
379         int asid_epoch;
380         struct mtx asid_set_mutex;
381 };
382
383 static struct asid_set asids;
384 static struct asid_set vmids;
385
386 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
387     "ASID allocator");
388 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
389     "The number of bits in an ASID");
390 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
391     "The last allocated ASID plus one");
392 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
393     "The current epoch number");
394
395 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
396 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
397     "The number of bits in an VMID");
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
399     "The last allocated VMID plus one");
400 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
401     "The current epoch number");
402
403 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
404 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
405
406 /*
407  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
408  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
409  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
410  *
411  * An invalid ASID is represented by -1.
412  *
413  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
414  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
415  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
416  * allocated when the pmap is next activated.
417  */
418 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
419                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
420 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
421 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
422
423 #define TLBI_VA_SHIFT                   12
424 #define TLBI_VA_MASK                    ((1ul << 44) - 1)
425 #define TLBI_VA(addr)                   (((addr) >> TLBI_VA_SHIFT) & TLBI_VA_MASK)
426 #define TLBI_VA_L3_INCR                 (L3_SIZE >> TLBI_VA_SHIFT)
427
428 static int superpages_enabled = 1;
429 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
430     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
431     "Are large page mappings enabled?");
432
433 /*
434  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
435  */
436 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
437 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
438
439 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
440
441 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
442 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
443 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
444 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
445 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
446 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
447 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
448                     vm_offset_t va);
449
450 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
451 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
452 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
453 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
454     vm_prot_t prot, int mode, bool skip_unmapped);
455 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
456 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
457     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
458 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
459 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
460     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
461 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
462     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
463 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
464     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
465 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
466     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
467 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
468 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
469     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
470
471 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
472                 struct rwlock **lockp);
473
474 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
475     struct spglist *free);
476 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
477 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
478
479 /*
480  * These load the old table data and store the new value.
481  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
482  * the same time as the CPU.
483  */
484 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
485 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
486 #define pmap_load(table)                (*table)
487 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
488 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
489 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
490 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
491
492 /********************/
493 /* Inline functions */
494 /********************/
495
496 static __inline void
497 pagecopy(void *s, void *d)
498 {
499
500         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
501 }
502
503 static __inline pd_entry_t *
504 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
505 {
506
507         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
508 }
509
510 static __inline pd_entry_t *
511 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
512 {
513         pd_entry_t *l1;
514
515         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
516         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
517 }
518
519 static __inline pd_entry_t *
520 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
521 {
522         pd_entry_t *l0;
523
524         l0 = pmap_l0(pmap, va);
525         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
526                 return (NULL);
527
528         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
529 }
530
531 static __inline pd_entry_t *
532 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
533 {
534         pd_entry_t l1, *l2p;
535
536         l1 = pmap_load(l1p);
537
538         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
539             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
540         /*
541          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
542          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
543          */
544         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
545             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
546         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
547             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
548         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
549         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
550 }
551
552 static __inline pd_entry_t *
553 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
554 {
555         pd_entry_t *l1;
556
557         l1 = pmap_l1(pmap, va);
558         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
559                 return (NULL);
560
561         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
562 }
563
564 static __inline pt_entry_t *
565 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
566 {
567         pd_entry_t l2;
568         pt_entry_t *l3p;
569
570         l2 = pmap_load(l2p);
571
572         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
573             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
574         /*
575          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
576          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
577          */
578         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
579             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
580         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
581             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
582         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
583         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
584 }
585
586 /*
587  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
588  * The next level may or may not point to a valid page or block.
589  */
590 static __inline pd_entry_t *
591 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
592 {
593         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
594
595         l0 = pmap_l0(pmap, va);
596         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
597         if (desc != L0_TABLE) {
598                 *level = -1;
599                 return (NULL);
600         }
601
602         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
603         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
604         if (desc != L1_TABLE) {
605                 *level = 0;
606                 return (l0);
607         }
608
609         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
610         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
611         if (desc != L2_TABLE) {
612                 *level = 1;
613                 return (l1);
614         }
615
616         *level = 2;
617         return (l2);
618 }
619
620 /*
621  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
622  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
623  * the first invalid level.
624  */
625 static __inline pt_entry_t *
626 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
627 {
628         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
629         pt_entry_t *l3;
630
631         l1 = pmap_l1(pmap, va);
632         if (l1 == NULL) {
633                 *level = 0;
634                 return (NULL);
635         }
636         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
637         if (desc == L1_BLOCK) {
638                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
639                 *level = 1;
640                 return (l1);
641         }
642
643         if (desc != L1_TABLE) {
644                 *level = 1;
645                 return (NULL);
646         }
647
648         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
649         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
650         if (desc == L2_BLOCK) {
651                 *level = 2;
652                 return (l2);
653         }
654
655         if (desc != L2_TABLE) {
656                 *level = 2;
657                 return (NULL);
658         }
659
660         *level = 3;
661         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
662         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
663                 return (NULL);
664
665         return (l3);
666 }
667
668 /*
669  * If the given pmap has an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry at the specified
670  * level that maps the specified virtual address, then a pointer to that entry
671  * is returned.  Otherwise, NULL is returned, unless INVARIANTS are enabled
672  * and a diagnostic message is provided, in which case this function panics.
673  */
674 static __always_inline pt_entry_t *
675 pmap_pte_exists(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int level, const char *diag)
676 {
677         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
678         pt_entry_t desc, *l3p;
679         int walk_level __diagused;
680
681         KASSERT(level >= 0 && level < 4,
682             ("%s: %s passed an out-of-range level (%d)", __func__, diag,
683             level));
684         l0p = pmap_l0(pmap, va);
685         desc = pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK;
686         if (desc == L0_TABLE && level > 0) {
687                 l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
688                 desc = pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK;
689                 if (desc == L1_BLOCK && level == 1) {
690                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
691                         return (l1p);
692                 }
693                 if (desc == L1_TABLE && level > 1) {
694                         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
695                         desc = pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK;
696                         if (desc == L2_BLOCK && level == 2)
697                                 return (l2p);
698                         else if (desc == L2_TABLE && level > 2) {
699                                 l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
700                                 desc = pmap_load(l3p) & ATTR_DESCR_MASK;
701                                 if (desc == L3_PAGE && level == 3)
702                                         return (l3p);
703                                 else
704                                         walk_level = 3;
705                         } else
706                                 walk_level = 2;
707                 } else
708                         walk_level = 1;
709         } else
710                 walk_level = 0;
711         KASSERT(diag == NULL,
712             ("%s: va %#lx not mapped at level %d, desc %ld at level %d",
713             diag, va, level, desc, walk_level));
714         return (NULL);
715 }
716
717 bool
718 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
719 {
720         /*
721          * Promotion requires a hypervisor call when the kernel is running
722          * in EL1. To stop this disable superpage support on non-stage 1
723          * pmaps for now.
724          */
725         if (pmap->pm_stage != PM_STAGE1)
726                 return (false);
727
728         return (superpages_enabled != 0);
729 }
730
731 bool
732 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
733     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
734 {
735         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
736
737         if (pmap->pm_l0 == NULL)
738                 return (false);
739
740         l0p = pmap_l0(pmap, va);
741         *l0 = l0p;
742
743         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
744                 return (false);
745
746         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
747         *l1 = l1p;
748
749         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
750                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
751                 *l2 = NULL;
752                 *l3 = NULL;
753                 return (true);
754         }
755
756         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
757                 return (false);
758
759         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
760         *l2 = l2p;
761
762         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
763                 *l3 = NULL;
764                 return (true);
765         }
766
767         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
768                 return (false);
769
770         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
771
772         return (true);
773 }
774
775 static __inline int
776 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
777 {
778
779         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
780 }
781
782 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
783
784 static pt_entry_t
785 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
786 {
787         pt_entry_t val;
788
789         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
790                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
791                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
792                         val |= ATTR_S1_XN;
793                 return (val);
794         }
795
796         val = 0;
797
798         switch (memattr) {
799         case VM_MEMATTR_DEVICE:
800                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
801                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
802         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
803                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
804         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
805                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
806         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
807                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
808         default:
809                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
810         }
811 }
812
813 static pt_entry_t
814 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
815 {
816         pt_entry_t val;
817
818         val = 0;
819         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
820                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
821                         val |= ATTR_S1_XN;
822                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
823                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
824         } else {
825                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
826                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
827                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
828                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
829                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
830                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
831         }
832
833         return (val);
834 }
835
836 /*
837  * Checks if the PTE is dirty.
838  */
839 static inline int
840 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
841 {
842
843         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
844
845         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
846                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
847                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
848
849                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
850                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
851         }
852
853         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
854             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
855 }
856
857 static __inline void
858 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
859 {
860
861         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
862         pmap->pm_stats.resident_count += count;
863 }
864
865 static __inline void
866 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
867 {
868
869         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
870         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
871             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
872             pmap->pm_stats.resident_count, count));
873         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
874 }
875
876 static vm_paddr_t
877 pmap_early_vtophys(vm_offset_t va)
878 {
879         vm_paddr_t pa_page;
880
881         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
882         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
883 }
884
885 /* State of the bootstrapped DMAP page tables */
886 struct pmap_bootstrap_state {
887         pt_entry_t      *l1;
888         pt_entry_t      *l2;
889         pt_entry_t      *l3;
890         vm_offset_t     freemempos;
891         vm_offset_t     va;
892         vm_paddr_t      pa;
893         pt_entry_t      table_attrs;
894         u_int           l0_slot;
895         u_int           l1_slot;
896         u_int           l2_slot;
897         bool            dmap_valid;
898 };
899
900 /* The bootstrap state */
901 static struct pmap_bootstrap_state bs_state = {
902         .l1 = NULL,
903         .l2 = NULL,
904         .l3 = NULL,
905         .table_attrs = TATTR_PXN_TABLE,
906         .l0_slot = L0_ENTRIES,
907         .l1_slot = Ln_ENTRIES,
908         .l2_slot = Ln_ENTRIES,
909         .dmap_valid = false,
910 };
911
912 static void
913 pmap_bootstrap_l0_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
914 {
915         vm_paddr_t l1_pa;
916         pd_entry_t l0e;
917         u_int l0_slot;
918
919         /* Link the level 0 table to a level 1 table */
920         l0_slot = pmap_l0_index(state->va);
921         if (l0_slot != state->l0_slot) {
922                 /*
923                  * Make sure we move from a low address to high address
924                  * before the DMAP region is ready. This ensures we never
925                  * modify an existing mapping until we can map from a
926                  * physical address to a virtual address.
927                  */
928                 MPASS(state->l0_slot < l0_slot ||
929                     state->l0_slot == L0_ENTRIES ||
930                     state->dmap_valid);
931
932                 /* Reset lower levels */
933                 state->l2 = NULL;
934                 state->l3 = NULL;
935                 state->l1_slot = Ln_ENTRIES;
936                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
937
938                 /* Check the existing L0 entry */
939                 state->l0_slot = l0_slot;
940                 if (state->dmap_valid) {
941                         l0e = pagetable_l0_ttbr1[l0_slot];
942                         if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
943                                 MPASS((l0e & ATTR_DESCR_MASK) == L0_TABLE);
944                                 l1_pa = l0e & ~ATTR_MASK;
945                                 state->l1 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1_pa);
946                                 return;
947                         }
948                 }
949
950                 /* Create a new L0 table entry */
951                 state->l1 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
952                 memset(state->l1, 0, PAGE_SIZE);
953                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
954
955                 l1_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l1);
956                 MPASS((l1_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
957                 MPASS(pagetable_l0_ttbr1[l0_slot] == 0);
958                 pmap_store(&pagetable_l0_ttbr1[l0_slot], l1_pa |
959                     TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0 | L0_TABLE);
960         }
961         KASSERT(state->l1 != NULL, ("%s: NULL l1", __func__));
962 }
963
964 static void
965 pmap_bootstrap_l1_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
966 {
967         vm_paddr_t l2_pa;
968         pd_entry_t l1e;
969         u_int l1_slot;
970
971         /* Make sure there is a valid L0 -> L1 table */
972         pmap_bootstrap_l0_table(state);
973
974         /* Link the level 1 table to a level 2 table */
975         l1_slot = pmap_l1_index(state->va);
976         if (l1_slot != state->l1_slot) {
977                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
978                 MPASS(state->l1_slot < l1_slot ||
979                     state->l1_slot == Ln_ENTRIES ||
980                     state->dmap_valid);
981
982                 /* Reset lower levels */
983                 state->l3 = NULL;
984                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
985
986                 /* Check the existing L1 entry */
987                 state->l1_slot = l1_slot;
988                 if (state->dmap_valid) {
989                         l1e = state->l1[l1_slot];
990                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
991                                 MPASS((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE);
992                                 l2_pa = l1e & ~ATTR_MASK;
993                                 state->l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2_pa);
994                                 return;
995                         }
996                 }
997
998                 /* Create a new L1 table entry */
999                 state->l2 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1000                 memset(state->l2, 0, PAGE_SIZE);
1001                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1002
1003                 l2_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l2);
1004                 MPASS((l2_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1005                 MPASS(state->l1[l1_slot] == 0);
1006                 pmap_store(&state->l1[l1_slot], l2_pa | state->table_attrs |
1007                     L1_TABLE);
1008         }
1009         KASSERT(state->l2 != NULL, ("%s: NULL l2", __func__));
1010 }
1011
1012 static void
1013 pmap_bootstrap_l2_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
1014 {
1015         vm_paddr_t l3_pa;
1016         pd_entry_t l2e;
1017         u_int l2_slot;
1018
1019         /* Make sure there is a valid L1 -> L2 table */
1020         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1021
1022         /* Link the level 2 table to a level 3 table */
1023         l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1024         if (l2_slot != state->l2_slot) {
1025                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
1026                 MPASS(state->l2_slot < l2_slot ||
1027                     state->l2_slot == Ln_ENTRIES ||
1028                     state->dmap_valid);
1029
1030                 /* Check the existing L2 entry */
1031                 state->l2_slot = l2_slot;
1032                 if (state->dmap_valid) {
1033                         l2e = state->l2[l2_slot];
1034                         if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
1035                                 MPASS((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE);
1036                                 l3_pa = l2e & ~ATTR_MASK;
1037                                 state->l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3_pa);
1038                                 return;
1039                         }
1040                 }
1041
1042                 /* Create a new L2 table entry */
1043                 state->l3 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1044                 memset(state->l3, 0, PAGE_SIZE);
1045                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1046
1047                 l3_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l3);
1048                 MPASS((l3_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1049                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1050                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], l3_pa | state->table_attrs |
1051                     L2_TABLE);
1052         }
1053         KASSERT(state->l3 != NULL, ("%s: NULL l3", __func__));
1054 }
1055
1056 static void
1057 pmap_bootstrap_l2_block(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1058 {
1059         u_int l2_slot;
1060         bool first;
1061
1062         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L2_SIZE)
1063                 return;
1064
1065         /* Make sure there is a valid L1 table */
1066         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1067
1068         MPASS((state->va & L2_OFFSET) == 0);
1069         for (first = true;
1070             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1071             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L2_SIZE;
1072             state->va += L2_SIZE, state->pa += L2_SIZE) {
1073                 /*
1074                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1075                  * current L1 slot can address.
1076                  */
1077                 if (!first && (state->pa & L1_OFFSET) == 0)
1078                         break;
1079
1080                 first = false;
1081                 l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1082                 MPASS((state->pa & L2_OFFSET) == 0);
1083                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1084                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1085                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1086                     L2_BLOCK);
1087         }
1088         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1089 }
1090
1091 static void
1092 pmap_bootstrap_l3_page(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1093 {
1094         u_int l3_slot;
1095         bool first;
1096
1097         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L3_SIZE)
1098                 return;
1099
1100         /* Make sure there is a valid L2 table */
1101         pmap_bootstrap_l2_table(state);
1102
1103         MPASS((state->va & L3_OFFSET) == 0);
1104         for (first = true;
1105             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1106             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L3_SIZE;
1107             state->va += L3_SIZE, state->pa += L3_SIZE) {
1108                 /*
1109                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1110                  * current L2 slot can address.
1111                  */
1112                 if (!first && (state->pa & L2_OFFSET) == 0)
1113                         break;
1114
1115                 first = false;
1116                 l3_slot = pmap_l3_index(state->va);
1117                 MPASS((state->pa & L3_OFFSET) == 0);
1118                 MPASS(state->l3[l3_slot] == 0);
1119                 pmap_store(&state->l3[l3_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1120                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1121                     L3_PAGE);
1122         }
1123         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1124 }
1125
1126 static void
1127 pmap_bootstrap_dmap(vm_paddr_t min_pa)
1128 {
1129         int i;
1130
1131         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
1132         dmap_phys_max = 0;
1133         dmap_max_addr = 0;
1134
1135         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
1136                 bs_state.pa = physmap[i] & ~L3_OFFSET;
1137                 bs_state.va = bs_state.pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
1138
1139                 /* Create L3 mappings at the start of the region */
1140                 if ((bs_state.pa & L2_OFFSET) != 0)
1141                         pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1142                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1143
1144                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1145                         /* Create L2 mappings at the start of the region */
1146                         if ((bs_state.pa & L1_OFFSET) != 0)
1147                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1148                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1149
1150                         /* Create the main L1 block mappings */
1151                         for (; bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1152                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L1_SIZE;
1153                             bs_state.va += L1_SIZE, bs_state.pa += L1_SIZE) {
1154                                 /* Make sure there is a valid L1 table */
1155                                 pmap_bootstrap_l0_table(&bs_state);
1156                                 MPASS((bs_state.pa & L1_OFFSET) == 0);
1157                                 pmap_store(
1158                                     &bs_state.l1[pmap_l1_index(bs_state.va)],
1159                                     bs_state.pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
1160                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1161                                     L1_BLOCK);
1162                         }
1163                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1164
1165                         /* Create L2 mappings at the end of the region */
1166                         pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1167                 } else {
1168                         while (bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1169                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L2_SIZE) {
1170                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1171                         }
1172                 }
1173                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1174
1175                 /* Create L3 mappings at the end of the region */
1176                 pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1177                 MPASS(bs_state.pa == physmap[i + 1]);
1178
1179                 if (bs_state.pa > dmap_phys_max) {
1180                         dmap_phys_max = bs_state.pa;
1181                         dmap_max_addr = bs_state.va;
1182                 }
1183         }
1184
1185         cpu_tlb_flushID();
1186 }
1187
1188 static void
1189 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t va)
1190 {
1191         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1192
1193         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1194         bs_state.va = va;
1195
1196         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L1_SIZE)
1197                 pmap_bootstrap_l1_table(&bs_state);
1198 }
1199
1200 static void
1201 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t va)
1202 {
1203         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1204
1205         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1206         bs_state.va = va;
1207
1208         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L2_SIZE)
1209                 pmap_bootstrap_l2_table(&bs_state);
1210 }
1211
1212 /*
1213  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1214  */
1215 void
1216 pmap_bootstrap(vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
1217 {
1218         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
1219         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
1220         uint64_t kern_delta;
1221         int i;
1222
1223         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
1224         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
1225             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
1226
1227         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
1228
1229         printf("pmap_bootstrap %lx %lx\n", kernstart, kernlen);
1230         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
1231
1232         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
1233         kernel_pmap_store.pm_l0 = pagetable_l0_ttbr1;
1234         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1235         kernel_pmap->pm_l0_paddr =
1236             pmap_early_vtophys((vm_offset_t)kernel_pmap_store.pm_l0);
1237         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
1238         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1239         kernel_pmap->pm_levels = 4;
1240         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
1241         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
1242
1243         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
1244         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
1245
1246         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1247         physmap_idx /= 2;
1248
1249         /*
1250          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
1251          * but may contain empty ranges.
1252          */
1253         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
1254                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
1255                         continue;
1256                 if (physmap[i] <= min_pa)
1257                         min_pa = physmap[i];
1258         }
1259
1260         bs_state.freemempos = KERNBASE + kernlen;
1261         bs_state.freemempos = roundup2(bs_state.freemempos, PAGE_SIZE);
1262
1263         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
1264         pmap_bootstrap_dmap(min_pa);
1265         bs_state.dmap_valid = true;
1266         /*
1267          * We only use PXN when we know nothing will be executed from it, e.g.
1268          * the DMAP region.
1269          */
1270         bs_state.table_attrs &= ~TATTR_PXN_TABLE;
1271
1272         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1273
1274         /*
1275          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1276          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1277          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1278          */
1279         pmap_bootstrap_l2(KERNBASE + L1_SIZE);
1280         /* And the l3 tables for the early devmap */
1281         pmap_bootstrap_l3(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE));
1282
1283         cpu_tlb_flushID();
1284
1285 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1286         (var) = bs_state.freemempos;                                    \
1287         bs_state.freemempos += (np * PAGE_SIZE);                        \
1288         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1289
1290         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1291         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1292         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1293
1294         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1295         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1296         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1297
1298         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1299         preinit_map_va = roundup2(bs_state.freemempos, L2_SIZE);
1300
1301         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1302         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1303         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1304         kernel_vm_end = virtual_avail;
1305
1306         pa = pmap_early_vtophys(bs_state.freemempos);
1307
1308         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1309
1310         cpu_tlb_flushID();
1311 }
1312
1313 /*
1314  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1315  */
1316 void
1317 pmap_page_init(vm_page_t m)
1318 {
1319
1320         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1321         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1322 }
1323
1324 static void
1325 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1326 {
1327         int i;
1328
1329         set->asid_bits = bits;
1330
1331         /*
1332          * We may be too early in the overall initialization process to use
1333          * bit_alloc().
1334          */
1335         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1336         set->asid_set = kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1337             M_WAITOK | M_ZERO);
1338         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1339                 bit_set(set->asid_set, i);
1340         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1341         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1342 }
1343
1344 static void
1345 pmap_init_pv_table(void)
1346 {
1347         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1348         struct pmap_large_md_page *pvd;
1349         vm_size_t s;
1350         long start, end, highest, pv_npg;
1351         int domain, i, j, pages;
1352
1353         /*
1354          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1355          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1356          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1357          */
1358         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1359
1360         /*
1361          * Calculate the size of the array.
1362          */
1363         pv_npg = 0;
1364         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1365                 seg = &vm_phys_segs[i];
1366                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1367                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1368         }
1369         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1370         s = round_page(s);
1371         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1372         if (pv_table == NULL)
1373                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1374
1375         /*
1376          * Iterate physical segments to allocate domain-local memory for PV
1377          * list headers.
1378          */
1379         highest = -1;
1380         s = 0;
1381         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1382                 seg = &vm_phys_segs[i];
1383                 start = highest + 1;
1384                 end = start + pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1385                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1386                 domain = seg->domain;
1387
1388                 if (highest >= end)
1389                         continue;
1390
1391                 pvd = &pv_table[start];
1392
1393                 pages = end - start + 1;
1394                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1395                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1396
1397                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1398                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain,
1399                             VM_ALLOC_ZERO);
1400                         if (m == NULL)
1401                                 panic("failed to allocate PV table page");
1402                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1403                 }
1404
1405                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1406                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1407                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1408                         pvd++;
1409                 }
1410         }
1411         pvd = &pv_dummy_large;
1412         memset(pvd, 0, sizeof(*pvd));
1413         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
1414         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1415
1416         /*
1417          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1418          */
1419         for (i = 0, pvd = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1420                 seg = &vm_phys_segs[i];
1421                 seg->md_first = pvd;
1422                 pvd += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1423                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1424
1425                 /*
1426                  * If there is a following segment, and the final
1427                  * superpage of this segment and the initial superpage
1428                  * of the next segment are the same then adjust the
1429                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1430                  * that the pv_table entries will be shared.
1431                  */
1432                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1433                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1434                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1435                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1436                                 pvd--;
1437                         }
1438                 }
1439         }
1440 }
1441
1442 /*
1443  *      Initialize the pmap module.
1444  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1445  *      system needs to map virtual memory.
1446  */
1447 void
1448 pmap_init(void)
1449 {
1450         uint64_t mmfr1;
1451         int i, vmid_bits;
1452
1453         /*
1454          * Are large page mappings enabled?
1455          */
1456         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1457         if (superpages_enabled) {
1458                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1459                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1460                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1461                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1462                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1463                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1464                         pagesizes[2] = L1_SIZE;
1465                 }
1466         }
1467
1468         /*
1469          * Initialize the ASID allocator.
1470          */
1471         pmap_init_asids(&asids,
1472             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1473
1474         if (has_hyp()) {
1475                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1476                 vmid_bits = 8;
1477
1478                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1479                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1480                         vmid_bits = 16;
1481                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1482         }
1483
1484         /*
1485          * Initialize pv chunk lists.
1486          */
1487         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
1488                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL,
1489                     MTX_DEF);
1490                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
1491         }
1492         pmap_init_pv_table();
1493
1494         vm_initialized = 1;
1495 }
1496
1497 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1498     "2MB page mapping counters");
1499
1500 static u_long pmap_l2_demotions;
1501 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1502     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1503
1504 static u_long pmap_l2_mappings;
1505 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1506     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1507
1508 static u_long pmap_l2_p_failures;
1509 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1510     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1511
1512 static u_long pmap_l2_promotions;
1513 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1514     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1515
1516 /*
1517  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1518  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1519  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1520  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1521  */
1522 static __inline void
1523 pmap_s1_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1524 {
1525         if (final_only)
1526                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1527         else
1528                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1529 }
1530
1531 static __inline void
1532 pmap_s1_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1533 {
1534         if (final_only)
1535                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1536         else
1537                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1538 }
1539
1540 /*
1541  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1542  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1543  */
1544 static __inline void
1545 pmap_s1_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1546 {
1547         uint64_t r;
1548
1549         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1550
1551         dsb(ishst);
1552         r = TLBI_VA(va);
1553         if (pmap == kernel_pmap) {
1554                 pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1555         } else {
1556                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1557                 pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1558         }
1559         dsb(ish);
1560         isb();
1561 }
1562
1563 /*
1564  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1565  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1566  */
1567 static __inline void
1568 pmap_s1_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1569     bool final_only)
1570 {
1571         uint64_t end, r, start;
1572
1573         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1574
1575         dsb(ishst);
1576         if (pmap == kernel_pmap) {
1577                 start = TLBI_VA(sva);
1578                 end = TLBI_VA(eva);
1579                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1580                         pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1581         } else {
1582                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1583                 start |= TLBI_VA(sva);
1584                 end |= TLBI_VA(eva);
1585                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1586                         pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1587         }
1588         dsb(ish);
1589         isb();
1590 }
1591
1592 /*
1593  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1594  * given virtual address space.
1595  */
1596 static __inline void
1597 pmap_s1_invalidate_all(pmap_t pmap)
1598 {
1599         uint64_t r;
1600
1601         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1602
1603         dsb(ishst);
1604         if (pmap == kernel_pmap) {
1605                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1606         } else {
1607                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1608                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1609         }
1610         dsb(ish);
1611         isb();
1612 }
1613
1614 /*
1615  *      Routine:        pmap_extract
1616  *      Function:
1617  *              Extract the physical page address associated
1618  *              with the given map/virtual_address pair.
1619  */
1620 vm_paddr_t
1621 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1622 {
1623         pt_entry_t *pte, tpte;
1624         vm_paddr_t pa;
1625         int lvl;
1626
1627         pa = 0;
1628         PMAP_LOCK(pmap);
1629         /*
1630          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1631          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1632          */
1633         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1634         if (pte != NULL) {
1635                 tpte = pmap_load(pte);
1636                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1637                 switch(lvl) {
1638                 case 1:
1639                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
1640                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1641                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1642                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1643                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1644                         break;
1645                 case 2:
1646                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1647                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1648                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1649                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1650                         break;
1651                 case 3:
1652                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1653                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1654                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1655                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1656                         break;
1657                 }
1658         }
1659         PMAP_UNLOCK(pmap);
1660         return (pa);
1661 }
1662
1663 /*
1664  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1665  *      Function:
1666  *              Atomically extract and hold the physical page
1667  *              with the given pmap and virtual address pair
1668  *              if that mapping permits the given protection.
1669  */
1670 vm_page_t
1671 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1672 {
1673         pt_entry_t *pte, tpte;
1674         vm_offset_t off;
1675         vm_page_t m;
1676         int lvl;
1677         bool use;
1678
1679         m = NULL;
1680         PMAP_LOCK(pmap);
1681         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1682         if (pte != NULL) {
1683                 tpte = pmap_load(pte);
1684
1685                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1686                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1687                 /*
1688                  * Check that the pte is either a L3 page, or a L1 or L2 block
1689                  * entry. We can assume L1_BLOCK == L2_BLOCK.
1690                  */
1691                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1692                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1693                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1694                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1695
1696                 use = false;
1697                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1698                         use = true;
1699                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1700                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1701                         use = true;
1702                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1703                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1704                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1705                         use = true;
1706
1707                 if (use) {
1708                         switch (lvl) {
1709                         case 1:
1710                                 off = va & L1_OFFSET;
1711                                 break;
1712                         case 2:
1713                                 off = va & L2_OFFSET;
1714                                 break;
1715                         case 3:
1716                         default:
1717                                 off = 0;
1718                         }
1719                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1720                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1721                                 m = NULL;
1722                 }
1723         }
1724         PMAP_UNLOCK(pmap);
1725         return (m);
1726 }
1727
1728 /*
1729  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1730  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1731  * physical address in pa if it is not NULL.
1732  *
1733  * See the comment above data_abort() for the rationale for specifying
1734  * NO_PERTHREAD_SSP here.
1735  */
1736 bool NO_PERTHREAD_SSP
1737 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1738 {
1739         pt_entry_t *pte, tpte;
1740         register_t intr;
1741         uint64_t par;
1742
1743         /*
1744          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1745          * for address translation, and getting the result back.
1746          */
1747         intr = intr_disable();
1748         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1749         intr_restore(intr);
1750
1751         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1752                 if (pa != NULL)
1753                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1754                 return (true);
1755         }
1756
1757         /*
1758          * Fall back to walking the page table. The address translation
1759          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1760          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1761          * can walk the page table to find the physical address.
1762          */
1763
1764         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1765         if (pte == NULL)
1766                 return (false);
1767
1768         /*
1769          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1770          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1771          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1772          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1773          */
1774         tpte = pmap_load(pte);
1775         if (tpte == 0)
1776                 return (false);
1777         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1778                 if (pa != NULL)
1779                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1780                 return (true);
1781         }
1782         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1783         tpte = pmap_load(pte);
1784         if (tpte == 0)
1785                 return (false);
1786         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1787                 if (pa != NULL)
1788                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1789                 return (true);
1790         }
1791         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1792         tpte = pmap_load(pte);
1793         if (tpte == 0)
1794                 return (false);
1795         if (pa != NULL)
1796                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1797         return (true);
1798 }
1799
1800 vm_paddr_t
1801 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1802 {
1803         vm_paddr_t pa;
1804
1805         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1806                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1807
1808         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1809                 return (0);
1810         return (pa);
1811 }
1812
1813 /***************************************************
1814  * Low level mapping routines.....
1815  ***************************************************/
1816
1817 void
1818 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1819 {
1820         pd_entry_t *pde;
1821         pt_entry_t *pte, attr;
1822         vm_offset_t va;
1823         int lvl;
1824
1825         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1826            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1827         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1828            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1829         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1830             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1831
1832         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1833             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1834         va = sva;
1835         while (size != 0) {
1836                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1837                 KASSERT(pde != NULL,
1838                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1839                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1840
1841                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1842                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1843
1844                 va += PAGE_SIZE;
1845                 pa += PAGE_SIZE;
1846                 size -= PAGE_SIZE;
1847         }
1848         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1849 }
1850
1851 void
1852 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1853 {
1854
1855         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1856 }
1857
1858 /*
1859  * Remove a page from the kernel pagetables.
1860  */
1861 PMAP_INLINE void
1862 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1863 {
1864         pt_entry_t *pte;
1865
1866         pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
1867         pmap_clear(pte);
1868         pmap_s1_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
1869 }
1870
1871 void
1872 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1873 {
1874         pt_entry_t *pte;
1875         vm_offset_t va;
1876
1877         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1878            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1879         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1880             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1881
1882         va = sva;
1883         while (size != 0) {
1884                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
1885                 pmap_clear(pte);
1886
1887                 va += PAGE_SIZE;
1888                 size -= PAGE_SIZE;
1889         }
1890         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1891 }
1892
1893 /*
1894  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1895  *      virtual address space.
1896  *
1897  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1898  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1899  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1900  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1901  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1902  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1903  *      region.
1904  */
1905 vm_offset_t
1906 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1907 {
1908         return PHYS_TO_DMAP(start);
1909 }
1910
1911 /*
1912  * Add a list of wired pages to the kva
1913  * this routine is only used for temporary
1914  * kernel mappings that do not need to have
1915  * page modification or references recorded.
1916  * Note that old mappings are simply written
1917  * over.  The page *must* be wired.
1918  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1919  */
1920 void
1921 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1922 {
1923         pd_entry_t *pde;
1924         pt_entry_t *pte, pa;
1925         vm_offset_t va;
1926         vm_page_t m;
1927         int i, lvl;
1928
1929         va = sva;
1930         for (i = 0; i < count; i++) {
1931                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1932                 KASSERT(pde != NULL,
1933                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1934                 KASSERT(lvl == 2,
1935                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1936
1937                 m = ma[i];
1938                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1939                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1940                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1941                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1942                 pmap_load_store(pte, pa);
1943
1944                 va += L3_SIZE;
1945         }
1946         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1947 }
1948
1949 /*
1950  * This routine tears out page mappings from the
1951  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1952  */
1953 void
1954 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1955 {
1956         pt_entry_t *pte;
1957         vm_offset_t va;
1958
1959         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
1960             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
1961         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
1962
1963         va = sva;
1964         while (count-- > 0) {
1965                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, NULL);
1966                 if (pte != NULL) {
1967                         pmap_clear(pte);
1968                 }
1969
1970                 va += PAGE_SIZE;
1971         }
1972         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1973 }
1974
1975 /***************************************************
1976  * Page table page management routines.....
1977  ***************************************************/
1978 /*
1979  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1980  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1981  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1982  */
1983 static __inline void
1984 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1985     boolean_t set_PG_ZERO)
1986 {
1987
1988         if (set_PG_ZERO)
1989                 m->flags |= PG_ZERO;
1990         else
1991                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1992         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1993 }
1994
1995 /*
1996  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1997  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1998  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1999  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2000  */
2001 static inline boolean_t
2002 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2003 {
2004
2005         --m->ref_count;
2006         if (m->ref_count == 0) {
2007                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
2008                 return (TRUE);
2009         } else
2010                 return (FALSE);
2011 }
2012
2013 static void
2014 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2015 {
2016
2017         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2018         /*
2019          * unmap the page table page
2020          */
2021         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2022                 /* l1 page */
2023                 pd_entry_t *l0;
2024
2025                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2026                 pmap_clear(l0);
2027         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
2028                 /* l2 page */
2029                 pd_entry_t *l1;
2030
2031                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2032                 pmap_clear(l1);
2033         } else {
2034                 /* l3 page */
2035                 pd_entry_t *l2;
2036
2037                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2038                 pmap_clear(l2);
2039         }
2040         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2041         if (m->pindex < NUL2E) {
2042                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
2043                 pd_entry_t *l1, tl1;
2044                 vm_page_t l2pg;
2045
2046                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2047                 tl1 = pmap_load(l1);
2048                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2049                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
2050         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
2051                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
2052                 pd_entry_t *l0, tl0;
2053                 vm_page_t l1pg;
2054
2055                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2056                 tl0 = pmap_load(l0);
2057                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2058                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
2059         }
2060         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
2061
2062         /*
2063          * Put page on a list so that it is released after
2064          * *ALL* TLB shootdown is done
2065          */
2066         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2067 }
2068
2069 /*
2070  * After removing a page table entry, this routine is used to
2071  * conditionally free the page, and manage the reference count.
2072  */
2073 static int
2074 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2075     struct spglist *free)
2076 {
2077         vm_page_t mpte;
2078
2079         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2080             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2081         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
2082                 return (0);
2083         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2084         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
2085         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
2086 }
2087
2088 /*
2089  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2090  * mapping.
2091  */
2092 static void
2093 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2094 {
2095         struct spglist free;
2096
2097         SLIST_INIT(&free);
2098         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
2099                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2100 }
2101
2102 void
2103 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2104 {
2105
2106         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2107         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2108         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
2109         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2110         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2111         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
2112         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
2113         pmap->pm_levels = 4;
2114         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
2115         pmap->pm_asid_set = &asids;
2116
2117         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2118 }
2119
2120 int
2121 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
2122 {
2123         vm_page_t m;
2124
2125         /*
2126          * allocate the l0 page
2127          */
2128         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
2129             VM_ALLOC_ZERO);
2130         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2131         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2132
2133         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2134         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2135         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
2136
2137         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
2138         pmap->pm_levels = levels;
2139         pmap->pm_stage = stage;
2140         switch (stage) {
2141         case PM_STAGE1:
2142                 pmap->pm_asid_set = &asids;
2143                 break;
2144         case PM_STAGE2:
2145                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
2146                 break;
2147         default:
2148                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
2149                 break;
2150         }
2151
2152         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
2153         pmap_alloc_asid(pmap);
2154
2155         /*
2156          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
2157          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
2158          * pmap_release() is called.
2159          */
2160         if (pmap->pm_levels == 3) {
2161                 PMAP_LOCK(pmap);
2162                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
2163                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2164         }
2165         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2166
2167         return (1);
2168 }
2169
2170 int
2171 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2172 {
2173
2174         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
2175 }
2176
2177 /*
2178  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2179  *
2180  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2181  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2182  *
2183  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2184  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2185  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2186  * race conditions.
2187  */
2188 static vm_page_t
2189 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2190 {
2191         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
2192
2193         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2194
2195         /*
2196          * Allocate a page table page.
2197          */
2198         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2199                 if (lockp != NULL) {
2200                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2201                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2202                         vm_wait(NULL);
2203                         PMAP_LOCK(pmap);
2204                 }
2205
2206                 /*
2207                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2208                  * page may have been allocated.
2209                  */
2210                 return (NULL);
2211         }
2212         m->pindex = ptepindex;
2213
2214         /*
2215          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2216          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2217          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2218          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2219          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2220          * PTE within "m".
2221          */
2222         dmb(ishst);
2223
2224         /*
2225          * Map the pagetable page into the process address space, if
2226          * it isn't already there.
2227          */
2228
2229         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2230                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2231                 vm_pindex_t l0index;
2232
2233                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2234                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2235                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2236                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2237                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2238
2239                 /*
2240                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2241                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2242                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2243                  * locore.S.
2244                  */
2245                 if (pmap == kernel_pmap)
2246                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2247                 else
2248                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2249                 pmap_store(l0p, l0e);
2250         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2251                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2252                 pd_entry_t *l0, *l1;
2253                 pd_entry_t tl0;
2254
2255                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2256                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2257
2258                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2259                 tl0 = pmap_load(l0);
2260                 if (tl0 == 0) {
2261                         /* recurse for allocating page dir */
2262                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2263                             lockp) == NULL) {
2264                                 vm_page_unwire_noq(m);
2265                                 vm_page_free_zero(m);
2266                                 return (NULL);
2267                         }
2268                 } else {
2269                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2270                         l1pg->ref_count++;
2271                 }
2272
2273                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2274                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2275                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2276                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2277                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2278         } else {
2279                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2280                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2281                 pd_entry_t tl0, tl1;
2282
2283                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2284                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2285
2286                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2287                 tl0 = pmap_load(l0);
2288                 if (tl0 == 0) {
2289                         /* recurse for allocating page dir */
2290                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2291                             lockp) == NULL) {
2292                                 vm_page_unwire_noq(m);
2293                                 vm_page_free_zero(m);
2294                                 return (NULL);
2295                         }
2296                         tl0 = pmap_load(l0);
2297                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2298                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2299                 } else {
2300                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2301                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2302                         tl1 = pmap_load(l1);
2303                         if (tl1 == 0) {
2304                                 /* recurse for allocating page dir */
2305                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2306                                     lockp) == NULL) {
2307                                         vm_page_unwire_noq(m);
2308                                         vm_page_free_zero(m);
2309                                         return (NULL);
2310                                 }
2311                         } else {
2312                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2313                                 l2pg->ref_count++;
2314                         }
2315                 }
2316
2317                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2318                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2319                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2320                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2321                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2322         }
2323
2324         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2325
2326         return (m);
2327 }
2328
2329 static pd_entry_t *
2330 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2331     struct rwlock **lockp)
2332 {
2333         pd_entry_t *l1, *l2;
2334         vm_page_t l2pg;
2335         vm_pindex_t l2pindex;
2336
2337         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2338             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2339
2340 retry:
2341         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2342         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2343                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2344                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2345                         /* Add a reference to the L2 page. */
2346                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2347                         l2pg->ref_count++;
2348                 } else
2349                         l2pg = NULL;
2350         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2351                 /* Allocate a L2 page. */
2352                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2353                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2354                 if (l2pg == NULL) {
2355                         if (lockp != NULL)
2356                                 goto retry;
2357                         else
2358                                 return (NULL);
2359                 }
2360                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2361                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2362         } else
2363                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2364                     va);
2365         *l2pgp = l2pg;
2366         return (l2);
2367 }
2368
2369 static vm_page_t
2370 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2371 {
2372         vm_pindex_t ptepindex;
2373         pd_entry_t *pde, tpde;
2374 #ifdef INVARIANTS
2375         pt_entry_t *pte;
2376 #endif
2377         vm_page_t m;
2378         int lvl;
2379
2380         /*
2381          * Calculate pagetable page index
2382          */
2383         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2384 retry:
2385         /*
2386          * Get the page directory entry
2387          */
2388         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2389
2390         /*
2391          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2392          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2393          * table.
2394          */
2395         switch (lvl) {
2396         case -1:
2397                 break;
2398         case 0:
2399 #ifdef INVARIANTS
2400                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2401                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2402                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2403 #endif
2404                 break;
2405         case 1:
2406 #ifdef INVARIANTS
2407                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2408                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2409                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2410 #endif
2411                 break;
2412         case 2:
2413                 tpde = pmap_load(pde);
2414                 if (tpde != 0) {
2415                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2416                         m->ref_count++;
2417                         return (m);
2418                 }
2419                 break;
2420         default:
2421                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2422         }
2423
2424         /*
2425          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2426          */
2427         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2428         if (m == NULL && lockp != NULL)
2429                 goto retry;
2430
2431         return (m);
2432 }
2433
2434 /***************************************************
2435  * Pmap allocation/deallocation routines.
2436  ***************************************************/
2437
2438 /*
2439  * Release any resources held by the given physical map.
2440  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2441  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2442  */
2443 void
2444 pmap_release(pmap_t pmap)
2445 {
2446         boolean_t rv __diagused;
2447         struct spglist free;
2448         struct asid_set *set;
2449         vm_page_t m;
2450         int asid;
2451
2452         if (pmap->pm_levels != 4) {
2453                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2454                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2455                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2456                     pmap->pm_stats.resident_count));
2457                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2458                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2459
2460                 SLIST_INIT(&free);
2461                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2462                 PMAP_LOCK(pmap);
2463                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2464                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2465                 MPASS(rv == TRUE);
2466                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2467         }
2468
2469         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2470             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2471             pmap->pm_stats.resident_count));
2472         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2473             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2474
2475         set = pmap->pm_asid_set;
2476         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2477
2478         /*
2479          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2480          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2481          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2482          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2483          */
2484         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2485                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2486                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2487                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2488                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2489                             asid < set->asid_set_size,
2490                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2491                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2492                 }
2493                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2494         }
2495
2496         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2497         vm_page_unwire_noq(m);
2498         vm_page_free_zero(m);
2499 }
2500
2501 static int
2502 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2503 {
2504         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2505
2506         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2507 }
2508 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2509     0, 0, kvm_size, "LU",
2510     "Size of KVM");
2511
2512 static int
2513 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2514 {
2515         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2516
2517         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2518 }
2519 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2520     0, 0, kvm_free, "LU",
2521     "Amount of KVM free");
2522
2523 /*
2524  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2525  */
2526 void
2527 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2528 {
2529         vm_paddr_t paddr;
2530         vm_page_t nkpg;
2531         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2532
2533         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2534
2535         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2536         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2537                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2538         while (kernel_vm_end < addr) {
2539                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2540                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2541                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2542
2543                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2544                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2545                         /* We need a new PDP entry */
2546                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2547                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2548                         if (nkpg == NULL)
2549                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2550                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2551                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2552                         dmb(ishst);
2553                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2554                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2555                         continue; /* try again */
2556                 }
2557                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2558                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2559                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2560                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2561                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2562                                 break;
2563                         }
2564                         continue;
2565                 }
2566
2567                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2568                     VM_ALLOC_ZERO);
2569                 if (nkpg == NULL)
2570                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2571                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2572                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2573                 dmb(ishst);
2574                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2575                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2576
2577                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2578                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2579                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2580                         break;
2581                 }
2582         }
2583 }
2584
2585 /***************************************************
2586  * page management routines.
2587  ***************************************************/
2588
2589 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
2590         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
2591         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
2592 };
2593
2594 #ifdef PV_STATS
2595 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2596
2597 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2598         "Current number of pv entry chunks");
2599 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2600         "Current number of pv entry chunks allocated");
2601 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2602         "Current number of pv entry chunks frees");
2603 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2604         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2605
2606 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2607 static int pv_entry_spare;
2608
2609 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2610         "Current number of pv entry frees");
2611 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2612         "Current number of pv entry allocs");
2613 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2614         "Current number of pv entries");
2615 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2616         "Current number of spare pv entries");
2617 #endif
2618
2619 /*
2620  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2621  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2622  * another pv entry chunk.
2623  *
2624  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2625  *
2626  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2627  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2628  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2629  */
2630 static vm_page_t
2631 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
2632 {
2633         struct pv_chunks_list *pvc;
2634         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2635         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2636         struct md_page *pvh;
2637         pd_entry_t *pde;
2638         pmap_t next_pmap, pmap;
2639         pt_entry_t *pte, tpte;
2640         pv_entry_t pv;
2641         vm_offset_t va;
2642         vm_page_t m, m_pc;
2643         struct spglist free;
2644         uint64_t inuse;
2645         int bit, field, freed, lvl;
2646
2647         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2648         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2649
2650         pmap = NULL;
2651         m_pc = NULL;
2652         SLIST_INIT(&free);
2653         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2654         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2655         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2656         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2657
2658         pvc = &pv_chunks[domain];
2659         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2660         pvc->active_reclaims++;
2661         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2662         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2663         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2664             SLIST_EMPTY(&free)) {
2665                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2666                 if (next_pmap == NULL) {
2667                         /*
2668                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2669                          * not our marker, so active_reclaims must be
2670                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2671                          * will not rotate the pv_chunks list.
2672                          */
2673                         goto next_chunk;
2674                 }
2675                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2676
2677                 /*
2678                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2679                  * when both pvc->pvc_lock is owned and the
2680                  * corresponding pmap is locked.
2681                  */
2682                 if (pmap != next_pmap) {
2683                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2684                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2685                         pmap = next_pmap;
2686                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2687                         if (pmap > locked_pmap) {
2688                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2689                                 PMAP_LOCK(pmap);
2690                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2691                                 continue;
2692                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2693                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2694                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2695                                         continue;
2696                                 } else {
2697                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2698                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2699                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2700                                         if (pc == NULL ||
2701                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2702                                                 continue;
2703                                         goto next_chunk;
2704                                 }
2705                         }
2706                 }
2707
2708                 /*
2709                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2710                  */
2711                 freed = 0;
2712                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2713                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2714                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2715                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2716                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2717                                 va = pv->pv_va;
2718                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2719                                 if (lvl != 2)
2720                                         continue;
2721                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2722                                 tpte = pmap_load(pte);
2723                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2724                                         continue;
2725                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2726                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2727                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2728                                         vm_page_dirty(m);
2729                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2730                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
2731                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2732                                 }
2733                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2734                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2735                                 m->md.pv_gen++;
2736                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2737                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2738                                         pvh = page_to_pvh(m);
2739                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2740                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2741                                                     PGA_WRITEABLE);
2742                                         }
2743                                 }
2744                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2745                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2746                                 freed++;
2747                         }
2748                 }
2749                 if (freed == 0) {
2750                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2751                         goto next_chunk;
2752                 }
2753                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2754                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2755                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2756                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2757                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2758                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2759                 if (pc_is_free(pc)) {
2760                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2761                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2762                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2763                         /* Entire chunk is free; return it. */
2764                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2765                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2766                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2767                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2768                         break;
2769                 }
2770                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2771                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2772                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2773                 if (pmap == locked_pmap)
2774                         break;
2775
2776 next_chunk:
2777                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2778                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
2779                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2780                         /*
2781                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2782                          * scan the same pv chunks that could not be
2783                          * freed (because they contained a wired
2784                          * and/or superpage mapping) on every
2785                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2786                          */
2787                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker){
2788                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2789                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2790                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2791                         }
2792                 }
2793         }
2794         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2795         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2796         pvc->active_reclaims--;
2797         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2798         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2799                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2800         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2801                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2802                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2803                 /* Recycle a freed page table page. */
2804                 m_pc->ref_count = 1;
2805         }
2806         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2807         return (m_pc);
2808 }
2809
2810 static vm_page_t
2811 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2812 {
2813         vm_page_t m;
2814         int i, domain;
2815
2816         domain = PCPU_GET(domain);
2817         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2818                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
2819                 if (m != NULL)
2820                         break;
2821                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2822         }
2823
2824         return (m);
2825 }
2826
2827 /*
2828  * free the pv_entry back to the free list
2829  */
2830 static void
2831 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2832 {
2833         struct pv_chunk *pc;
2834         int idx, field, bit;
2835
2836         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2837         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2838         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2839         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2840         pc = pv_to_chunk(pv);
2841         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2842         field = idx / 64;
2843         bit = idx % 64;
2844         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2845         if (!pc_is_free(pc)) {
2846                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2847                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2848                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2849                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2850                 }
2851                 return;
2852         }
2853         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2854         free_pv_chunk(pc);
2855 }
2856
2857 static void
2858 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
2859 {
2860         vm_page_t m;
2861
2862         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2863         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2864         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2865         /* entire chunk is free, return it */
2866         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2867         dump_drop_page(m->phys_addr);
2868         vm_page_unwire_noq(m);
2869         vm_page_free(m);
2870 }
2871
2872 static void
2873 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2874 {
2875         struct pv_chunks_list *pvc;
2876
2877         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
2878         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2879         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2880         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2881         free_pv_chunk_dequeued(pc);
2882 }
2883
2884 static void
2885 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
2886 {
2887         struct pv_chunks_list *pvc;
2888         struct pv_chunk *pc, *npc;
2889         int i;
2890
2891         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2892                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
2893                         continue;
2894                 pvc = &pv_chunks[i];
2895                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2896                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
2897                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2898                 }
2899                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2900         }
2901
2902         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2903                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
2904                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
2905                 }
2906         }
2907 }
2908
2909 /*
2910  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2911  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2912  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2913  * returned.
2914  *
2915  * The given PV list lock may be released.
2916  */
2917 static pv_entry_t
2918 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2919 {
2920         struct pv_chunks_list *pvc;
2921         int bit, field;
2922         pv_entry_t pv;
2923         struct pv_chunk *pc;
2924         vm_page_t m;
2925
2926         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2927         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2928 retry:
2929         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2930         if (pc != NULL) {
2931                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2932                         if (pc->pc_map[field]) {
2933                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2934                                 break;
2935                         }
2936                 }
2937                 if (field < _NPCM) {
2938                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2939                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2940                         /* If this was the last item, move it to tail */
2941                         if (pc_is_full(pc)) {
2942                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2943                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2944                                     pc_list);
2945                         }
2946                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2947                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2948                         return (pv);
2949                 }
2950         }
2951         /* No free items, allocate another chunk */
2952         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2953         if (m == NULL) {
2954                 if (lockp == NULL) {
2955                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2956                         return (NULL);
2957                 }
2958                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2959                 if (m == NULL)
2960                         goto retry;
2961         }
2962         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2963         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2964         dump_add_page(m->phys_addr);
2965         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2966         pc->pc_pmap = pmap;
2967         memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
2968         pc->pc_map[0] &= ~1ul;          /* preallocated bit 0 */
2969         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
2970         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2971         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2972         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2973         pv = &pc->pc_pventry[0];
2974         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2975         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2976         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2977         return (pv);
2978 }
2979
2980 /*
2981  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2982  * exceeds the given count, "needed".
2983  *
2984  * The given PV list lock may be released.
2985  */
2986 static void
2987 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2988 {
2989         struct pv_chunks_list *pvc;
2990         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
2991         struct pv_chunk *pc;
2992         vm_page_t m;
2993         int avail, free, i;
2994         bool reclaimed;
2995
2996         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2997         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2998
2999         /*
3000          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3001          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3002          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3003          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3004          */
3005         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
3006                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
3007 retry:
3008         avail = 0;
3009         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3010                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3011                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3012                 if (free == 0)
3013                         break;
3014                 avail += free;
3015                 if (avail >= needed)
3016                         break;
3017         }
3018         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3019                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3020                 if (m == NULL) {
3021                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3022                         if (m == NULL)
3023                                 goto retry;
3024                         reclaimed = true;
3025                 }
3026                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3027                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3028                 dump_add_page(m->phys_addr);
3029                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3030                 pc->pc_pmap = pmap;
3031                 memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3032                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3033                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
3034                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3035
3036                 /*
3037                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3038                  * If that chunk contained available entries, we need to
3039                  * re-count the number of available entries.
3040                  */
3041                 if (reclaimed)
3042                         goto retry;
3043         }
3044         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3045                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
3046                         continue;
3047                 pvc = &pv_chunks[i];
3048                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3049                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
3050                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3051         }
3052 }
3053
3054 /*
3055  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3056  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3057  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3058  * 2MB page mappings.
3059  */
3060 static __inline pv_entry_t
3061 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3062 {
3063         pv_entry_t pv;
3064
3065         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3066                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3067                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3068                         pvh->pv_gen++;
3069                         break;
3070                 }
3071         }
3072         return (pv);
3073 }
3074
3075 /*
3076  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3077  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3078  * entries for each of the 4KB page mappings.
3079  */
3080 static void
3081 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3082     struct rwlock **lockp)
3083 {
3084         struct md_page *pvh;
3085         struct pv_chunk *pc;
3086         pv_entry_t pv;
3087         vm_offset_t va_last;
3088         vm_page_t m;
3089         int bit, field;
3090
3091         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3092         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
3093             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
3094         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3095             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3096         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3097
3098         /*
3099          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3100          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3101          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3102          */
3103         pvh = pa_to_pvh(pa);
3104         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3105         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
3106         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3107         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3108         m->md.pv_gen++;
3109         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
3110         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
3111         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3112         for (;;) {
3113                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3114                 KASSERT(!pc_is_full(pc), ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
3115                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3116                         while (pc->pc_map[field]) {
3117                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3118                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3119                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3120                                 va += PAGE_SIZE;
3121                                 pv->pv_va = va;
3122                                 m++;
3123                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3124                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
3125                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3126                                 m->md.pv_gen++;
3127                                 if (va == va_last)
3128                                         goto out;
3129                         }
3130                 }
3131                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3132                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3133         }
3134 out:
3135         if (pc_is_full(pc)) {
3136                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3137                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3138         }
3139         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
3140         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
3141 }
3142
3143 /*
3144  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3145  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3146  * page mappings.
3147  */
3148 static void
3149 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3150 {
3151         pv_entry_t pv;
3152
3153         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3154         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3155         free_pv_entry(pmap, pv);
3156 }
3157
3158 /*
3159  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3160  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3161  */
3162 static boolean_t
3163 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3164     struct rwlock **lockp)
3165 {
3166         pv_entry_t pv;
3167
3168         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3169         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3170         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3171                 pv->pv_va = va;
3172                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3173                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3174                 m->md.pv_gen++;
3175                 return (TRUE);
3176         } else
3177                 return (FALSE);
3178 }
3179
3180 /*
3181  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3182  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3183  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3184  */
3185 static bool
3186 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
3187     struct rwlock **lockp)
3188 {
3189         struct md_page *pvh;
3190         pv_entry_t pv;
3191         vm_paddr_t pa;
3192
3193         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3194         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3195         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3196             NULL : lockp)) == NULL)
3197                 return (false);
3198         pv->pv_va = va;
3199         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3200         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3201         pvh = pa_to_pvh(pa);
3202         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3203         pvh->pv_gen++;
3204         return (true);
3205 }
3206
3207 static void
3208 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
3209 {
3210         pt_entry_t newl2, oldl2 __diagused;
3211         vm_page_t ml3;
3212         vm_paddr_t ml3pa;
3213
3214         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
3215         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3216         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3217
3218         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3219         if (ml3 == NULL)
3220                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
3221
3222         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
3223         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
3224
3225         /*
3226          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
3227          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
3228          */
3229         if (ml3->valid != 0)
3230                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
3231
3232         /*
3233          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
3234          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3235          */
3236         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3237         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3238             __func__, l2, oldl2));
3239 }
3240
3241 /*
3242  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3243  */
3244 static int
3245 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3246     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3247 {
3248         struct md_page *pvh;
3249         pt_entry_t old_l2;
3250         vm_page_t m, ml3, mt;
3251
3252         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3253         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3254         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3255         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3256             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3257
3258         /*
3259          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3260          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3261          */
3262         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3263
3264         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3265                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3266         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3267         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3268                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3269                 pvh = page_to_pvh(m);
3270                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3271                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3272                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3273                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3274                                 vm_page_dirty(mt);
3275                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3276                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3277                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3278                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3279                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3280                 }
3281         }
3282         if (pmap == kernel_pmap) {
3283                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3284         } else {
3285                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3286                 if (ml3 != NULL) {
3287                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3288                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3289                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3290                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3291                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3292                         ml3->ref_count = 0;
3293                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3294                 }
3295         }
3296         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3297 }
3298
3299 /*
3300  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3301  */
3302 static int
3303 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3304     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3305 {
3306         struct md_page *pvh;
3307         pt_entry_t old_l3;
3308         vm_page_t m;
3309
3310         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3311         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3312         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
3313         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3314                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3315         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3316         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3317                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3318                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3319                         vm_page_dirty(m);
3320                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3321                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3322                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3323                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3324                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3325                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3326                         pvh = page_to_pvh(m);
3327                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3328                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3329                 }
3330         }
3331         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3332 }
3333
3334 /*
3335  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3336  * identified by the given L2 entry.
3337  */
3338 static void
3339 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3340     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3341 {
3342         struct md_page *pvh;
3343         struct rwlock *new_lock;
3344         pt_entry_t *l3, old_l3;
3345         vm_offset_t va;
3346         vm_page_t l3pg, m;
3347
3348         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3349             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3350         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3351             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3352
3353         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3354         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3355             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3356         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3357         va = eva;
3358         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3359                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3360                         if (va != eva) {
3361                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3362                                 va = eva;
3363                         }
3364                         continue;
3365                 }
3366                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3367                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3368                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3369                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3370                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3371                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3372                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3373                                 vm_page_dirty(m);
3374                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3375                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3376                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3377                         if (new_lock != *lockp) {
3378                                 if (*lockp != NULL) {
3379                                         /*
3380                                          * Pending TLB invalidations must be
3381                                          * performed before the PV list lock is
3382                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3383                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3384                                          * could return while a stale TLB entry
3385                                          * still provides access to that page. 
3386                                          */
3387                                         if (va != eva) {
3388                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va,
3389                                                     sva, true);
3390                                                 va = eva;
3391                                         }
3392                                         rw_wunlock(*lockp);
3393                                 }
3394                                 *lockp = new_lock;
3395                                 rw_wlock(*lockp);
3396                         }
3397                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3398                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3399                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3400                                 pvh = page_to_pvh(m);
3401                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3402                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3403                         }
3404                 }
3405                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3406                         /*
3407                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3408                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3409                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3410                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3411                          * of a new valid range consisting of a single page.
3412                          */
3413                         break;
3414                 }
3415                 if (va == eva)
3416                         va = sva;
3417         }
3418         if (va != eva)
3419                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3420 }
3421
3422 /*
3423  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3424  *
3425  *      It is assumed that the start and end are properly
3426  *      rounded to the page size.
3427  */
3428 void
3429 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3430 {
3431         struct rwlock *lock;
3432         vm_offset_t va_next;
3433         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3434         pt_entry_t l3_paddr;
3435         struct spglist free;
3436
3437         /*
3438          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3439          */
3440         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3441                 return;
3442
3443         SLIST_INIT(&free);
3444
3445         PMAP_LOCK(pmap);
3446
3447         lock = NULL;
3448         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3449                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3450                         break;
3451
3452                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3453                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3454                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3455                         if (va_next < sva)
3456                                 va_next = eva;
3457                         continue;
3458                 }
3459
3460                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3461                 if (va_next < sva)
3462                         va_next = eva;
3463                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3464                 if (pmap_load(l1) == 0)
3465                         continue;
3466                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3467                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3468                         KASSERT(va_next <= eva,
3469                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3470                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3471                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3472                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3473                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3474                         pmap_clear(l1);
3475                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3476                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3477                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3478                         continue;
3479                 }
3480
3481                 /*
3482                  * Calculate index for next page table.
3483                  */
3484                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3485                 if (va_next < sva)
3486                         va_next = eva;
3487
3488                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3489                 if (l2 == NULL)
3490                         continue;
3491
3492                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3493
3494                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3495                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3496                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3497                                     &free, &lock);
3498                                 continue;
3499                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3500                             &lock) == NULL)
3501                                 continue;
3502                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3503                 }
3504
3505                 /*
3506                  * Weed out invalid mappings.
3507                  */
3508                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3509                         continue;
3510
3511                 /*
3512                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3513                  * by the current page table page, or to the end of the
3514                  * range being removed.
3515                  */
3516                 if (va_next > eva)
3517                         va_next = eva;
3518
3519                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3520                     &lock);
3521         }
3522         if (lock != NULL)
3523                 rw_wunlock(lock);
3524         PMAP_UNLOCK(pmap);
3525         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3526 }
3527
3528 /*
3529  *      Routine:        pmap_remove_all
3530  *      Function:
3531  *              Removes this physical page from
3532  *              all physical maps in which it resides.
3533  *              Reflects back modify bits to the pager.
3534  *
3535  *      Notes:
3536  *              Original versions of this routine were very
3537  *              inefficient because they iteratively called
3538  *              pmap_remove (slow...)
3539  */
3540
3541 void
3542 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3543 {
3544         struct md_page *pvh;
3545         pv_entry_t pv;
3546         pmap_t pmap;
3547         struct rwlock *lock;
3548         pd_entry_t *pde, tpde;
3549         pt_entry_t *pte, tpte;
3550         vm_offset_t va;
3551         struct spglist free;
3552         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3553
3554         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3555             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3556         SLIST_INIT(&free);
3557         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3558         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3559         rw_wlock(lock);
3560 retry:
3561         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3562                 pmap = PV_PMAP(pv);
3563                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3564                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3565                         rw_wunlock(lock);
3566                         PMAP_LOCK(pmap);
3567                         rw_wlock(lock);
3568                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3569                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3570                                 goto retry;
3571                         }
3572                 }
3573                 va = pv->pv_va;
3574                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
3575                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3576                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3577         }
3578         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3579                 pmap = PV_PMAP(pv);
3580                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3581                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3582                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3583                         md_gen = m->md.pv_gen;
3584                         rw_wunlock(lock);
3585                         PMAP_LOCK(pmap);
3586                         rw_wlock(lock);
3587                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3588                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3589                                 goto retry;
3590                         }
3591                 }
3592                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3593
3594                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3595                 KASSERT(pde != NULL,
3596                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3597                 KASSERT(lvl == 2,
3598                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3599                 tpde = pmap_load(pde);
3600
3601                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3602                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3603                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3604                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3605                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3606                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3607                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3608                 }
3609
3610                 /*
3611                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3612                  */
3613                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3614                         vm_page_dirty(m);
3615                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3616                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3617                 m->md.pv_gen++;
3618                 free_pv_entry(pmap, pv);
3619                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3620         }
3621         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3622         rw_wunlock(lock);
3623         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3624 }
3625
3626 /*
3627  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3628  */
3629 static void
3630 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3631     pt_entry_t nbits)
3632 {
3633         pd_entry_t old_l2;
3634         vm_page_t m, mt;
3635
3636         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3637         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3638         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3639             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3640         old_l2 = pmap_load(l2);
3641         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3642             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3643
3644         /*
3645          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3646          * in place.
3647          */
3648         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3649                 return;
3650
3651         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3652                 cpu_spinwait();
3653
3654         /*
3655          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3656          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3657          * pages.
3658          */
3659         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3660             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3661             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3662                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3663                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3664                         vm_page_dirty(mt);
3665         }
3666
3667         /*
3668          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3669          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3670          */
3671         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3672 }
3673
3674 /*
3675  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3676  * pmap and range
3677  */
3678 static void
3679 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3680     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3681 {
3682         vm_offset_t va, va_next;
3683         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3684         pt_entry_t *l3p, l3;
3685
3686         PMAP_LOCK(pmap);
3687         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3688                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3689                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3690                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3691                         if (va_next < sva)
3692                                 va_next = eva;
3693                         continue;
3694                 }
3695
3696                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3697                 if (va_next < sva)
3698                         va_next = eva;
3699                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3700                 if (pmap_load(l1) == 0)
3701                         continue;
3702                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3703                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3704                         KASSERT(va_next <= eva,
3705                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3706                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3707                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3708                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3709                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3710                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3711                                 if (invalidate)
3712                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3713                         }
3714                         continue;
3715                 }
3716
3717                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3718                 if (va_next < sva)
3719                         va_next = eva;
3720
3721                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3722                 if (pmap_load(l2) == 0)
3723                         continue;
3724
3725                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3726                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3727                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3728                                 continue;
3729                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3730                                 continue;
3731                 }
3732                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3733                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3734
3735                 if (va_next > eva)
3736                         va_next = eva;
3737
3738                 va = va_next;
3739                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3740                     sva += L3_SIZE) {
3741                         l3 = pmap_load(l3p);
3742
3743                         /*
3744                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3745                          * invalid or already has the desired access
3746                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3747                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3748                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3749                          * have the desired restrictions.)
3750                          */
3751                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3752                                 if (va != va_next) {
3753                                         if (invalidate)
3754                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap,
3755                                                     va, sva, true);
3756                                         va = va_next;
3757                                 }
3758                                 continue;
3759                         }
3760
3761                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3762                             nbits))
3763                                 cpu_spinwait();
3764
3765                         /*
3766                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3767                          * update the page's dirty field.
3768                          */
3769                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3770                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3771                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3772                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3773
3774                         if (va == va_next)
3775                                 va = sva;
3776                 }
3777                 if (va != va_next && invalidate)
3778                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3779         }
3780         PMAP_UNLOCK(pmap);
3781 }
3782
3783 /*
3784  *      Set the physical protection on the
3785  *      specified range of this map as requested.
3786  */
3787 void
3788 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3789 {
3790         pt_entry_t mask, nbits;
3791
3792         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3793         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3794         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3795                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3796                 return;
3797         }
3798
3799         mask = nbits = 0;
3800         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3801                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3802                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3803         }
3804         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3805                 mask |= ATTR_S1_XN;
3806                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3807         }
3808         if (mask == 0)
3809                 return;
3810
3811         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3812 }
3813
3814 void
3815 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3816 {
3817
3818         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3819         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
3820
3821         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
3822             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
3823 }
3824
3825 /*
3826  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3827  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3828  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3829  * ordered by this virtual address range.
3830  *
3831  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3832  */
3833 static __inline int
3834 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3835 {
3836
3837         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3838         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3839         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3840 }
3841
3842 /*
3843  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3844  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3845  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3846  * specified virtual address.
3847  */
3848 static __inline vm_page_t
3849 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3850 {
3851
3852         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3853         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3854 }
3855
3856 /*
3857  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3858  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3859  * inconsistent state.
3860  */
3861 static void
3862 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3863     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3864 {
3865         register_t intr;
3866
3867         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3868
3869         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3870                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
3871
3872         /*
3873          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3874          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3875          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3876          */
3877         intr = intr_disable();
3878
3879         /*
3880          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3881          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3882          * lookup the physical address.
3883          */
3884         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3885
3886         /*
3887          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
3888          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
3889          * entries.
3890          */
3891         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
3892
3893         /* Create the new mapping */
3894         pmap_store(pte, newpte);
3895         dsb(ishst);
3896
3897         intr_restore(intr);
3898 }
3899
3900 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3901 /*
3902  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3903  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3904  * for the 2MB page mapping.
3905  */
3906 static void
3907 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3908     struct rwlock **lockp)
3909 {
3910         struct md_page *pvh;
3911         pv_entry_t pv;
3912         vm_offset_t va_last;
3913         vm_page_t m;
3914
3915         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3916             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3917         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3918
3919         /*
3920          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3921          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3922          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3923          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3924          * mappings that is being promoted.
3925          */
3926         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3927         va = va & ~L2_OFFSET;
3928         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3929         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3930         pvh = page_to_pvh(m);
3931         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3932         pvh->pv_gen++;
3933         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3934         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3935         do {
3936                 m++;
3937                 va += PAGE_SIZE;
3938                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3939         } while (va < va_last);
3940 }
3941
3942 /*
3943  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3944  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3945  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3946  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3947  * identical characteristics.
3948  */
3949 static void
3950 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
3951     struct rwlock **lockp)
3952 {
3953         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3954
3955         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3956         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3957
3958         /*
3959          * Examine the first L3E in the specified PTP.  Abort if this L3E is
3960          * ineligible for promotion, invalid, or does not map the first 4KB
3961          * physical page within a 2MB page.
3962          */
3963         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3964         newl2 = pmap_load(firstl3);
3965         if ((newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3966                 return;
3967         if ((newl2 & ((~ATTR_MASK & L2_OFFSET) | ATTR_DESCR_MASK)) != L3_PAGE) {
3968                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3969                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3970                     " in pmap %p", va, pmap);
3971                 return;
3972         }
3973
3974         /*
3975          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
3976          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean L3E before
3977          * possibly aborting the promotion due to other L3E attributes.  Why?
3978          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
3979          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
3980          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
3981          * set AP_RO and clear AF in the L3Es for the rest of [S, E).  Later,
3982          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
3983          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
3984          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
3985          * that is writeable but AP_RO is set and AF is clear in P's L3E.
3986          * Unless we write protect P before aborting the promotion, if and
3987          * when P is finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
3988          * repromotion.
3989          */
3990 setl2:
3991         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3992             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3993                 /*
3994                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
3995                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
3996                  */
3997                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3998                         goto setl2;
3999                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
4000         }
4001         if ((newl2 & ATTR_AF) == 0) {
4002                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4003                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4004                     " in pmap %p", va, pmap);
4005                 return;
4006         }
4007
4008         /*
4009          * Examine each of the other L3Es in the specified PTP.  Abort if this
4010          * L3E maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4011          * characteristics to the first L3E.
4012          */
4013         pa = (newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4014         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
4015                 oldl3 = pmap_load(l3);
4016                 if ((oldl3 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) != pa) {
4017                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4018                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4019                             " in pmap %p", va, pmap);
4020                         return;
4021                 }
4022 setl3:
4023                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4024                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4025                         /*
4026                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
4027                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
4028                          * invalidation.
4029                          */
4030                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
4031                             ~ATTR_SW_DBM))
4032                                 goto setl3;
4033                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
4034                 }
4035                 if ((oldl3 & ATTR_MASK) != (newl2 & ATTR_MASK)) {
4036                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4037                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4038                             " in pmap %p", va, pmap);
4039                         return;
4040                 }
4041                 pa -= PAGE_SIZE;
4042         }
4043
4044         /*
4045          * Save the page table page in its current state until the L2
4046          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
4047          * destroyed by pmap_remove_l3().
4048          */
4049         if (mpte == NULL)
4050                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4051         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4052             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4053             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
4054         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
4055             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
4056         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
4057                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4058                 CTR2(KTR_PMAP,
4059                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4060                     pmap);
4061                 return;
4062         }
4063
4064         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4065                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4066
4067         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
4068         newl2 |= L2_BLOCK;
4069
4070         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, va & ~L2_OFFSET, L2_SIZE);
4071
4072         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
4073         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
4074             pmap);
4075 }
4076 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4077
4078 static int
4079 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
4080     int psind)
4081 {
4082         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
4083         vm_page_t mp;
4084
4085         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4086         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
4087             ("psind %d unexpected", psind));
4088         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
4089             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
4090             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
4091
4092 restart:
4093         if (psind == 2) {
4094                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4095
4096                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
4097                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4098                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
4099                         if (mp == NULL) {
4100                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4101                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4102                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4103                                 vm_wait(NULL);
4104                                 PMAP_LOCK(pmap);
4105                                 goto restart;
4106                         }
4107                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4108                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4109                         origpte = pmap_load(l1p);
4110                 } else {
4111                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4112                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4113                         origpte = pmap_load(l1p);
4114                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4115                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
4116                                     ~ATTR_MASK);
4117                                 mp->ref_count++;
4118                         }
4119                 }
4120                 KASSERT(((origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK) &&
4121                     (origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) ||
4122                     (origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
4123                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
4124                     va, origpte, newpte));
4125                 pmap_store(l1p, newpte);
4126         } else /* (psind == 1) */ {
4127                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
4128                 if (l2p == NULL) {
4129                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
4130                         if (mp == NULL) {
4131                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4132                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4133                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4134                                 vm_wait(NULL);
4135                                 PMAP_LOCK(pmap);
4136                                 goto restart;
4137                         }
4138                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
4139                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
4140                         origpte = pmap_load(l2p);
4141                 } else {
4142                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4143                         origpte = pmap_load(l2p);
4144                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4145                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
4146                                     ~ATTR_MASK);
4147                                 mp->ref_count++;
4148                         }
4149                 }
4150                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
4151                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4152                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
4153                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
4154                     va, origpte, newpte));
4155                 pmap_store(l2p, newpte);
4156         }
4157         dsb(ishst);
4158
4159         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4160                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
4161         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4162                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4163         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
4164             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4165                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4166
4167         return (KERN_SUCCESS);
4168 }
4169
4170 /*
4171  *      Insert the given physical page (p) at
4172  *      the specified virtual address (v) in the
4173  *      target physical map with the protection requested.
4174  *
4175  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4176  *      that the related pte can not be reclaimed.
4177  *
4178  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4179  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4180  *      insert this page into the given map NOW.
4181  */
4182 int
4183 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4184     u_int flags, int8_t psind)
4185 {
4186         struct rwlock *lock;
4187         pd_entry_t *pde;
4188         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4189         pt_entry_t *l2, *l3;
4190         pv_entry_t pv;
4191         vm_paddr_t opa, pa;
4192         vm_page_t mpte, om;
4193         boolean_t nosleep;
4194         int lvl, rv;
4195
4196         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4197             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4198
4199         va = trunc_page(va);
4200         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4201                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4202         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4203         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4204         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4205         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4206
4207         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4208                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4209         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4210                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4211                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4212                 else
4213                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4214                 if (pmap != kernel_pmap)
4215                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4216         } else {
4217                 /*
4218                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4219                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4220                  * required to invalidate the I-cache.
4221                  *
4222                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4223                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4224                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4225                  * correctly if it is clear.
4226                  */
4227                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4228                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4229         }
4230         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4231                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4232                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4233                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4234                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4235                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4236                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4237                                 else
4238                                         new_l3 &=
4239                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4240                         }
4241                 }
4242         }
4243
4244         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4245
4246         lock = NULL;
4247         PMAP_LOCK(pmap);
4248         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4249                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4250                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4251                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4252                 if (psind == 2) {
4253                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4254                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4255                 } else /* (psind == 1) */
4256                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4257                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4258                 goto out;
4259         }
4260         if (psind == 1) {
4261                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4262                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4263                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4264                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4265                     flags, m, &lock);
4266                 goto out;
4267         }
4268         mpte = NULL;
4269
4270         /*
4271          * In the case that a page table page is not
4272          * resident, we are creating it here.
4273          */
4274 retry:
4275         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4276         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4277                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4278                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4279                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4280                         mpte->ref_count++;
4281                 }
4282                 goto havel3;
4283         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4284                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4285                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4286                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4287                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4288                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4289                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4290                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4291                                 mpte->ref_count++;
4292                         }
4293                         goto havel3;
4294                 }
4295                 /* We need to allocate an L3 table. */
4296         }
4297         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4298                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4299
4300                 /*
4301                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4302                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4303                  * was created while we slept.
4304                  */
4305                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4306                     nosleep ? NULL : &lock);
4307                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4308                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4309                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4310                         goto out;
4311                 }
4312                 goto retry;
4313         } else
4314                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4315
4316 havel3:
4317         orig_l3 = pmap_load(l3);
4318         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4319         pv = NULL;
4320
4321         /*
4322          * Is the specified virtual address already mapped?
4323          */
4324         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4325                 /*
4326                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
4327                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
4328                  * into EL2 to perform such actions.
4329                  */
4330                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4331                 /*
4332                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4333                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4334                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4335                  * the PT page will be also.
4336                  */
4337                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4338                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4339                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4340                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4341                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4342                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4343
4344                 /*
4345                  * Remove the extra PT page reference.
4346                  */
4347                 if (mpte != NULL) {
4348                         mpte->ref_count--;
4349                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4350                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4351                              " va: 0x%lx", va));
4352                 }
4353
4354                 /*
4355                  * Has the physical page changed?
4356                  */
4357                 if (opa == pa) {
4358                         /*
4359                          * No, might be a protection or wiring change.
4360                          */
4361                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4362                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4363                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4364                         goto validate;
4365                 }
4366
4367                 /*
4368                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4369                  * the mapping.
4370                  */
4371                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4372                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4373                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4374                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4375                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4376
4377                         /*
4378                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4379                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4380                          * pmap_ts_referenced().
4381                          */
4382                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4383                                 vm_page_dirty(om);
4384                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4385                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
4386                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4387                         }
4388                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4389                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4390                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4391                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4392                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4393                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4394                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4395                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4396                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4397                 } else {
4398                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4399                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4400                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
4401                 }
4402                 orig_l3 = 0;
4403         } else {
4404                 /*
4405                  * Increment the counters.
4406                  */
4407                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4408                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4409                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4410         }
4411         /*
4412          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4413          */
4414         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4415                 if (pv == NULL) {
4416                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4417                         pv->pv_va = va;
4418                 }
4419                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4420                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4421                 m->md.pv_gen++;
4422                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4423                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4424         }
4425
4426 validate:
4427         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4428                 /*
4429                  * Sync icache if exec permission and attribute
4430                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4431                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4432                  * later, then other can access this page before caches are
4433                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4434                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4435                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4436                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4437                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4438                 */
4439                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4440                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4441                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4442                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4443                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4444                 }
4445         } else {
4446                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4447         }
4448
4449         /*
4450          * Update the L3 entry
4451          */
4452         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4453                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4454                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4455                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4456                         /* same PA, different attributes */
4457                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4458                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
4459                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4460                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4461                                 vm_page_dirty(m);
4462                 } else {
4463                         /*
4464                          * orig_l3 == new_l3
4465                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4466                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4467                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4468                          * cycle.
4469                          * Another possible reasons are:
4470                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4471                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4472                          *   actual mapping.
4473                          */
4474                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4475                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4476                             __func__, pmap, va, new_l3);
4477                 }
4478         } else {
4479                 /* New mapping */
4480                 pmap_store(l3, new_l3);
4481                 dsb(ishst);
4482         }
4483
4484 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4485         /*
4486          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4487          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4488          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4489          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4490          */
4491         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4492             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4493             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4494             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4495                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, mpte, &lock);
4496         }
4497 #endif
4498
4499         rv = KERN_SUCCESS;
4500 out:
4501         if (lock != NULL)
4502                 rw_wunlock(lock);
4503         PMAP_UNLOCK(pmap);
4504         return (rv);
4505 }
4506
4507 /*
4508  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
4509  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
4510  * value.  See pmap_enter_l2() for the possible error values when "no sleep",
4511  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
4512  */
4513 static int
4514 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4515     struct rwlock **lockp)
4516 {
4517         pd_entry_t new_l2;
4518
4519         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4520         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4521         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4522             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4523
4524         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4525             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4526             L2_BLOCK);
4527         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4528                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4529                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4530         }
4531         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4532             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4533                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4534         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4535                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4536         else
4537                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4538         if (pmap != kernel_pmap)
4539                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4540         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4541             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp));
4542 }
4543
4544 /*
4545  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4546  * zero.
4547  */
4548 static bool
4549 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4550 {
4551         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4552
4553         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4554         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4555         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4556                 if (*pte != 0)
4557                         return (false);
4558         }
4559         return (true);
4560 }
4561
4562 /*
4563  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4564  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE, or
4565  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
4566  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB page mapping already exists
4567  * within the 2MB virtual address range starting at the specified virtual
4568  * address.  Returns KERN_NO_SPACE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a
4569  * 2MB page mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4570  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a
4571  * page table page allocation failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified
4572  * and a PV entry allocation failed.
4573  */
4574 static int
4575 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4576     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4577 {
4578         struct spglist free;
4579         pd_entry_t *l2, old_l2;
4580         vm_page_t l2pg, mt;
4581
4582         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4583         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4584             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4585
4586         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4587             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4588                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4589                     va, pmap);
4590                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4591         }
4592
4593         /*
4594          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4595          */
4596         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4597                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4598                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4599                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4600                         if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4601                                 if (l2pg != NULL)
4602                                         l2pg->ref_count--;
4603                                 CTR2(KTR_PMAP,
4604                                     "pmap_enter_l2: no space for va %#lx"
4605                                     " in pmap %p", va, pmap);
4606                                 return (KERN_NO_SPACE);
4607                         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4608                             !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK)) {
4609                                 if (l2pg != NULL)
4610                                         l2pg->ref_count--;
4611                                 CTR2(KTR_PMAP,
4612                                     "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4613                                     " in pmap %p", va, pmap);
4614                                 return (KERN_FAILURE);
4615                         }
4616                 }
4617                 SLIST_INIT(&free);
4618                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4619                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4620                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4621                 else
4622                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4623                             &free, lockp);
4624                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4625                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4626                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4627                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4628                 } else {
4629                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4630                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4631
4632                         /*
4633                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4634                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4635                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4636                          * entry for the kernel page table page, so request
4637                          * an invalidation at all levels after clearing
4638                          * the L2_TABLE entry.
4639                          */
4640                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4641                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4642                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4643                         pmap_clear(l2);
4644                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
4645                 }
4646         }
4647
4648         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4649                 /*
4650                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4651                  */
4652                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4653                         if (l2pg != NULL)
4654                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4655                         CTR2(KTR_PMAP,
4656                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4657                             va, pmap);
4658                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4659                 }
4660                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4661                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4662                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4663         }
4664
4665         /*
4666          * Increment counters.
4667          */
4668         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4669                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4670         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4671
4672         /*
4673          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4674          */
4675         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4676             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4677             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4678                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4679                     L2_SIZE);
4680         }
4681
4682         /*
4683          * Map the superpage.
4684          */
4685         pmap_store(l2, new_l2);
4686         dsb(ishst);
4687
4688         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4689         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4690             va, pmap);
4691
4692         return (KERN_SUCCESS);
4693 }
4694
4695 /*
4696  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4697  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4698  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4699  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4700  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4701  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4702  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4703  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4704  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4705  * corresponding offset from m_start are mapped.
4706  */
4707 void
4708 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4709     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4710 {
4711         struct rwlock *lock;
4712         vm_offset_t va;
4713         vm_page_t m, mpte;
4714         vm_pindex_t diff, psize;
4715         int rv;
4716
4717         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4718
4719         psize = atop(end - start);
4720         mpte = NULL;
4721         m = m_start;
4722         lock = NULL;
4723         PMAP_LOCK(pmap);
4724         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4725                 va = start + ptoa(diff);
4726                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4727                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4728                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
4729                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
4730                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4731                 else
4732                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4733                             &lock);
4734                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4735         }
4736         if (lock != NULL)
4737                 rw_wunlock(lock);
4738         PMAP_UNLOCK(pmap);
4739 }
4740
4741 /*
4742  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4743  * 1. Current pmap & pmap exists.
4744  * 2. Not wired.
4745  * 3. Read access.
4746  * 4. No page table pages.
4747  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4748  */
4749
4750 void
4751 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4752 {
4753         struct rwlock *lock;
4754
4755         lock = NULL;
4756         PMAP_LOCK(pmap);
4757         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4758         if (lock != NULL)
4759                 rw_wunlock(lock);
4760         PMAP_UNLOCK(pmap);
4761 }
4762
4763 static vm_page_t
4764 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4765     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4766 {
4767         pd_entry_t *pde;
4768         pt_entry_t *l1, *l2, *l3, l3_val;
4769         vm_paddr_t pa;
4770         int lvl;
4771
4772         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4773             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4774             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4775         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4776         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4777         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4778             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4779
4780         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4781         /*
4782          * In the case that a page table page is not
4783          * resident, we are creating it here.
4784          */
4785         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4786                 vm_pindex_t l2pindex;
4787
4788                 /*
4789                  * Calculate pagetable page index
4790                  */
4791                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4792                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4793                         mpte->ref_count++;
4794                 } else {
4795                         /*
4796                          * If the page table page is mapped, we just increment
4797                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4798                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
4799                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
4800                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
4801                          * retry.  Instead, we give up.
4802                          */
4803                         l1 = pmap_l1(pmap, va);
4804                         if (l1 != NULL && pmap_load(l1) != 0) {
4805                                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4806                                     L1_BLOCK)
4807                                         return (NULL);
4808                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
4809                                 if (pmap_load(l2) != 0) {
4810                                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4811                                             L2_BLOCK)
4812                                                 return (NULL);
4813                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) &
4814                                             ~ATTR_MASK);
4815                                         mpte->ref_count++;
4816                                 } else {
4817                                         mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex,
4818                                             NULL);
4819                                         if (mpte == NULL)
4820                                                 return (mpte);
4821                                 }
4822                         } else {
4823                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4824                                 if (mpte == NULL)
4825                                         return (mpte);
4826                         }
4827                 }
4828                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4829                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4830         } else {
4831                 mpte = NULL;
4832                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4833                 KASSERT(pde != NULL,
4834                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4835                      va));
4836                 KASSERT(lvl == 2,
4837                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4838                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4839         }
4840
4841         /*
4842          * Abort if a mapping already exists.
4843          */
4844         if (pmap_load(l3) != 0) {
4845                 if (mpte != NULL)
4846                         mpte->ref_count--;
4847                 return (NULL);
4848         }
4849
4850         /*
4851          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4852          */
4853         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4854             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4855                 if (mpte != NULL)
4856                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4857                 return (NULL);
4858         }
4859
4860         /*
4861          * Increment counters
4862          */
4863         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4864
4865         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4866         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4867             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4868         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4869             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4870                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4871         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4872                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4873         else
4874                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4875         if (pmap != kernel_pmap)
4876                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4877
4878         /*
4879          * Now validate mapping with RO protection
4880          */
4881         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4882                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4883                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4884         }
4885
4886         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4887         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4888             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4889                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4890
4891         pmap_store(l3, l3_val);
4892         dsb(ishst);
4893
4894         return (mpte);
4895 }
4896
4897 /*
4898  * This code maps large physical mmap regions into the
4899  * processor address space.  Note that some shortcuts
4900  * are taken, but the code works.
4901  */
4902 void
4903 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4904     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4905 {
4906
4907         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4908         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4909             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4910 }
4911
4912 /*
4913  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4914  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4915  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4916  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4917  *
4918  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4919  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4920  */
4921 void
4922 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4923 {
4924         vm_offset_t va_next;
4925         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4926         pt_entry_t *l3;
4927
4928         PMAP_LOCK(pmap);
4929         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4930                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4931                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4932                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4933                         if (va_next < sva)
4934                                 va_next = eva;
4935                         continue;
4936                 }
4937
4938                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4939                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4940                 if (va_next < sva)
4941                         va_next = eva;
4942                 if (pmap_load(l1) == 0)
4943                         continue;
4944
4945                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4946                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4947                         KASSERT(va_next <= eva,
4948                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4949                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4950                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4951                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4952                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4953                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4954                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4955                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4956                         continue;
4957                 }
4958
4959                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4960                 if (va_next < sva)
4961                         va_next = eva;
4962
4963                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4964                 if (pmap_load(l2) == 0)
4965                         continue;
4966
4967                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4968                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4969                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4970                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4971
4972                         /*
4973                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4974                          * demote the mapping and fall through.
4975                          */
4976                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4977                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4978                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4979                                     PAGE_SIZE;
4980                                 continue;
4981                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4982                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4983                 }
4984                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4985                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4986
4987                 if (va_next > eva)
4988                         va_next = eva;
4989                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4990                     sva += L3_SIZE) {
4991                         if (pmap_load(l3) == 0)
4992                                 continue;
4993                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4994                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4995                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4996
4997                         /*
4998                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4999                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
5000                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
5001                          */
5002                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
5003                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5004                 }
5005         }
5006         PMAP_UNLOCK(pmap);
5007 }
5008
5009 /*
5010  *      Copy the range specified by src_addr/len
5011  *      from the source map to the range dst_addr/len
5012  *      in the destination map.
5013  *
5014  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5015  *
5016  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
5017  *      it should not have to flush the instruction cache.
5018  */
5019 void
5020 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5021     vm_offset_t src_addr)
5022 {
5023         struct rwlock *lock;
5024         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
5025         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
5026         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
5027         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
5028
5029         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
5030         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
5031
5032         if (dst_addr != src_addr)
5033                 return;
5034         end_addr = src_addr + len;
5035         lock = NULL;
5036         if (dst_pmap < src_pmap) {
5037                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5038                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5039         } else {
5040                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5041                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5042         }
5043         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5044                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
5045                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5046                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5047                         if (va_next < addr)
5048                                 va_next = end_addr;
5049                         continue;
5050                 }
5051
5052                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5053                 if (va_next < addr)
5054                         va_next = end_addr;
5055                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
5056                 if (pmap_load(l1) == 0)
5057                         continue;
5058                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5059                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5060                         KASSERT(va_next <= end_addr,
5061                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5062                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5063                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5064                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
5065                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5066                         if (l1 == NULL) {
5067                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
5068                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
5069                                         break;
5070                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5071                         } else {
5072                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
5073                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
5074                                     ~ATTR_MASK);
5075                                 dst_m->ref_count++;
5076                         }
5077                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
5078                             ("1G mapping present in dst pmap "
5079                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5080                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5081                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
5082                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
5083                         continue;
5084                 }
5085
5086                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5087                 if (va_next < addr)
5088                         va_next = end_addr;
5089                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
5090                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
5091                 if (srcptepaddr == 0)
5092                         continue;
5093                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5094                         /*
5095                          * We can only virtual copy whole superpages.
5096                          */
5097                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
5098                             addr + L2_SIZE > end_addr)
5099                                 continue;
5100                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
5101                         if (l2 == NULL)
5102                                 break;
5103                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
5104                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
5105                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5106                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5107                                 /*
5108                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5109                                  * managed read/write superpage mappings are
5110                                  * required to be dirty.  However, managed
5111                                  * superpage mappings are not required to
5112                                  * have their accessed bit set, so we clear
5113                                  * it because we don't know if this mapping
5114                                  * will be used.
5115                                  */
5116                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5117                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5118                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5119                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5120                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5121                                     PAGE_SIZE);
5122                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5123                         } else
5124                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5125                         continue;
5126                 }
5127                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5128                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5129                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5130                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5131                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5132                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5133                 if (va_next > end_addr)
5134                         va_next = end_addr;
5135                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5136                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5137                 dstmpte = NULL;
5138                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5139                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5140
5141                         /*
5142                          * We only virtual copy managed pages.
5143                          */
5144                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5145                                 continue;
5146
5147                         if (dstmpte != NULL) {
5148                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5149                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5150                                 dstmpte->ref_count++;
5151                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5152                             NULL)) == NULL)
5153                                 goto out;
5154                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5155                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5156                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5157                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5158                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5159                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5160                                 /*
5161                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5162                                  * (referenced) bits during the copy.
5163                                  */
5164                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5165                                 nbits = 0;
5166                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5167                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5168                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5169                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5170                         } else {
5171                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5172                                 goto out;
5173                         }
5174                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5175                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5176                                 break;
5177                 }
5178         }
5179 out:
5180         /*
5181          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5182          * not active.
5183          */
5184         dsb(ishst);
5185
5186         if (lock != NULL)
5187                 rw_wunlock(lock);
5188         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5189         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5190 }
5191
5192 /*
5193  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5194  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5195  */
5196 void
5197 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5198 {
5199         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5200
5201         pagezero((void *)va);
5202 }
5203
5204 /*
5205  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5206  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5207  *
5208  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5209  */
5210 void
5211 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5212 {
5213         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5214
5215         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5216                 pagezero((void *)va);
5217         else
5218                 bzero((char *)va + off, size);
5219 }
5220
5221 /*
5222  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5223  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5224  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5225  *      time.
5226  */
5227 void
5228 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5229 {
5230         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5231         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5232
5233         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5234 }
5235
5236 int unmapped_buf_allowed = 1;
5237
5238 void
5239 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5240     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5241 {
5242         void *a_cp, *b_cp;
5243         vm_page_t m_a, m_b;
5244         vm_paddr_t p_a, p_b;
5245         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5246         int cnt;
5247
5248         while (xfersize > 0) {
5249                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5250                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5251                 p_a = m_a->phys_addr;
5252                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5253                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5254                 p_b = m_b->phys_addr;
5255                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5256                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5257                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5258                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5259                 } else {
5260                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5261                 }
5262                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5263                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5264                 } else {
5265                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5266                 }
5267                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5268                 a_offset += cnt;
5269                 b_offset += cnt;
5270                 xfersize -= cnt;
5271         }
5272 }
5273
5274 vm_offset_t
5275 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5276 {
5277
5278         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5279 }
5280
5281 void
5282 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5283 {
5284 }
5285
5286 /*
5287  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5288  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5289  * be changed upwards or downwards in the future; it
5290  * is only necessary that true be returned for a small
5291  * subset of pmaps for proper page aging.
5292  */
5293 boolean_t
5294 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5295 {
5296         struct md_page *pvh;
5297         struct rwlock *lock;
5298         pv_entry_t pv;
5299         int loops = 0;
5300         boolean_t rv;
5301
5302         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5303             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5304         rv = FALSE;
5305         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5306         rw_rlock(lock);
5307         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5308                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5309                         rv = TRUE;
5310                         break;
5311                 }
5312                 loops++;
5313                 if (loops >= 16)
5314                         break;
5315         }
5316         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5317                 pvh = page_to_pvh(m);
5318                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5319                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5320                                 rv = TRUE;
5321                                 break;
5322                         }
5323                         loops++;
5324                         if (loops >= 16)
5325                                 break;
5326                 }
5327         }
5328         rw_runlock(lock);
5329         return (rv);
5330 }
5331
5332 /*
5333  *      pmap_page_wired_mappings:
5334  *
5335  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5336  *      that are wired.
5337  */
5338 int
5339 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5340 {
5341         struct rwlock *lock;
5342         struct md_page *pvh;
5343         pmap_t pmap;
5344         pt_entry_t *pte;
5345         pv_entry_t pv;
5346         int count, md_gen, pvh_gen;
5347
5348         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5349                 return (0);
5350         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5351         rw_rlock(lock);
5352 restart:
5353         count = 0;
5354         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5355                 pmap = PV_PMAP(pv);
5356                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5357                         md_gen = m->md.pv_gen;
5358                         rw_runlock(lock);
5359                         PMAP_LOCK(pmap);
5360                         rw_rlock(lock);
5361                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5362                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5363                                 goto restart;
5364                         }
5365                 }
5366                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5367                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5368                         count++;
5369                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5370         }
5371         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5372                 pvh = page_to_pvh(m);
5373                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5374                         pmap = PV_PMAP(pv);
5375                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5376                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5377                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5378                                 rw_runlock(lock);
5379                                 PMAP_LOCK(pmap);
5380                                 rw_rlock(lock);
5381                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5382                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5383                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5384                                         goto restart;
5385                                 }
5386                         }
5387                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5388                         if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5389                                 count++;
5390                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5391                 }
5392         }
5393         rw_runlock(lock);
5394         return (count);
5395 }
5396
5397 /*
5398  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5399  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5400  */
5401 bool
5402 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5403 {
5404         struct rwlock *lock;
5405         bool rv;
5406
5407         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5408                 return (false);
5409         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5410         rw_rlock(lock);
5411         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5412             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5413             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5414         rw_runlock(lock);
5415         return (rv);
5416 }
5417
5418 /*
5419  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5420  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5421  * caller.
5422  *
5423  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5424  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5425  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5426  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5427  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5428  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5429  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5430  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5431  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5432  * this function starts.
5433  */
5434 void
5435 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5436 {
5437         pd_entry_t *pde;
5438         pt_entry_t *pte, tpte;
5439         struct spglist free;
5440         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
5441         vm_page_t m, ml3, mt;
5442         pv_entry_t pv;
5443         struct md_page *pvh;
5444         struct pv_chunk *pc, *npc;
5445         struct rwlock *lock;
5446         int64_t bit;
5447         uint64_t inuse, bitmask;
5448         int allfree, field, i, idx, lvl;
5449         int freed __pvused;
5450         vm_paddr_t pa;
5451
5452         lock = NULL;
5453
5454         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5455                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
5456         SLIST_INIT(&free);
5457         PMAP_LOCK(pmap);
5458         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5459                 allfree = 1;
5460                 freed = 0;
5461                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5462                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5463                         while (inuse != 0) {
5464                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5465                                 bitmask = 1UL << bit;
5466                                 idx = field * 64 + bit;
5467                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5468                                 inuse &= ~bitmask;
5469
5470                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5471                                 KASSERT(pde != NULL,
5472                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5473
5474                                 switch(lvl) {
5475                                 case 1:
5476                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5477                                         tpte = pmap_load(pte); 
5478                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5479                                             L2_BLOCK,
5480                                             ("Attempting to remove an invalid "
5481                                             "block: %lx", tpte));
5482                                         break;
5483                                 case 2:
5484                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5485                                         tpte = pmap_load(pte);
5486                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5487                                             L3_PAGE,
5488                                             ("Attempting to remove an invalid "
5489                                              "page: %lx", tpte));
5490                                         break;
5491                                 default:
5492                                         panic(
5493                                             "Invalid page directory level: %d",
5494                                             lvl);
5495                                 }
5496
5497 /*
5498  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5499  */
5500                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5501                                         allfree = 0;
5502                                         continue;
5503                                 }
5504
5505                                 /* Mark free */
5506                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5507
5508                                 /*
5509                                  * Because this pmap is not active on other
5510                                  * processors, the dirty bit cannot have
5511                                  * changed state since we last loaded pte.
5512                                  */
5513                                 pmap_clear(pte);
5514
5515                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5516
5517                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5518                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5519                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5520                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5521                                     (uintmax_t)tpte));
5522
5523                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5524                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5525                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5526                                     (uintmax_t)tpte));
5527
5528                                 /*
5529                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5530                                  */
5531                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5532                                         switch (lvl) {
5533                                         case 1:
5534                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5535                                                         vm_page_dirty(mt);
5536                                                 break;
5537                                         case 2:
5538                                                 vm_page_dirty(m);
5539                                                 break;
5540                                         }
5541                                 }
5542
5543                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5544
5545                                 switch (lvl) {
5546                                 case 1:
5547                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5548                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5549                                         pvh = page_to_pvh(m);
5550                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5551                                         pvh->pv_gen++;
5552                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5553                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5554                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5555                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5556                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5557                                         }
5558                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5559                                             pv->pv_va);
5560                                         if (ml3 != NULL) {
5561                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5562                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5563                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5564                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5565                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5566                                                 ml3->ref_count = 0;
5567                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5568                                                     &free, FALSE);
5569                                         }
5570                                         break;
5571                                 case 2:
5572                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5573                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5574                                             pv_next);
5575                                         m->md.pv_gen++;
5576                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5577                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5578                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5579                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5580                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5581                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5582                                                             PGA_WRITEABLE);
5583                                         }
5584                                         break;
5585                                 }
5586                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5587                                     &free);
5588                                 freed++;
5589                         }
5590                 }
5591                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5592                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5593                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5594                 if (allfree) {
5595                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5596                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc,
5597                             pc_list);
5598                 }
5599         }
5600         if (lock != NULL)
5601                 rw_wunlock(lock);
5602         pmap_s1_invalidate_all(pmap);
5603         free_pv_chunk_batch(free_chunks);
5604         PMAP_UNLOCK(pmap);
5605         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5606 }
5607
5608 /*
5609  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5610  */
5611 static boolean_t
5612 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5613 {
5614         struct rwlock *lock;
5615         pv_entry_t pv;
5616         struct md_page *pvh;
5617         pt_entry_t *pte, mask, value;
5618         pmap_t pmap;
5619         int md_gen, pvh_gen;
5620         boolean_t rv;
5621
5622         rv = FALSE;
5623         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5624         rw_rlock(lock);
5625 restart:
5626         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5627                 pmap = PV_PMAP(pv);
5628                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5629                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5630                         md_gen = m->md.pv_gen;
5631                         rw_runlock(lock);
5632                         PMAP_LOCK(pmap);
5633                         rw_rlock(lock);
5634                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5635                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5636                                 goto restart;
5637                         }
5638                 }
5639                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5640                 mask = 0;
5641                 value = 0;
5642                 if (modified) {
5643                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5644                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5645                 }
5646                 if (accessed) {
5647                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5648                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5649                 }
5650                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5651                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5652                 if (rv)
5653                         goto out;
5654         }
5655         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5656                 pvh = page_to_pvh(m);
5657                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5658                         pmap = PV_PMAP(pv);
5659                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5660                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5661                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5662                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5663                                 rw_runlock(lock);
5664                                 PMAP_LOCK(pmap);
5665                                 rw_rlock(lock);
5666                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5667                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5668                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5669                                         goto restart;
5670                                 }
5671                         }
5672                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5673                         mask = 0;
5674                         value = 0;
5675                         if (modified) {
5676                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5677                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5678                         }
5679                         if (accessed) {
5680                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5681                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5682                         }
5683                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5684                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5685                         if (rv)
5686                                 goto out;
5687                 }
5688         }
5689 out:
5690         rw_runlock(lock);
5691         return (rv);
5692 }
5693
5694 /*
5695  *      pmap_is_modified:
5696  *
5697  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5698  *      in any physical maps.
5699  */
5700 boolean_t
5701 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5702 {
5703
5704         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5705             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5706
5707         /*
5708          * If the page is not busied then this check is racy.
5709          */
5710         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5711                 return (FALSE);
5712         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5713 }
5714
5715 /*
5716  *      pmap_is_prefaultable:
5717  *
5718  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5719  *      for prefault.
5720  */
5721 boolean_t
5722 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5723 {
5724         pd_entry_t *pde;
5725         pt_entry_t *pte;
5726         boolean_t rv;
5727         int lvl;
5728
5729         /*
5730          * Return TRUE if and only if the L3 entry for the specified virtual
5731          * address is allocated but invalid.
5732          */
5733         rv = FALSE;
5734         PMAP_LOCK(pmap);
5735         pde = pmap_pde(pmap, addr, &lvl);
5736         if (pde != NULL && lvl == 2) {
5737                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, addr);
5738                 rv = pmap_load(pte) == 0;
5739         }
5740         PMAP_UNLOCK(pmap);
5741         return (rv);
5742 }
5743
5744 /*
5745  *      pmap_is_referenced:
5746  *
5747  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5748  *      in any physical maps.
5749  */
5750 boolean_t
5751 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5752 {
5753
5754         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5755             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5756         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5757 }
5758
5759 /*
5760  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5761  */
5762 void
5763 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5764 {
5765         struct md_page *pvh;
5766         pmap_t pmap;
5767         struct rwlock *lock;
5768         pv_entry_t next_pv, pv;
5769         pt_entry_t oldpte, *pte;
5770         vm_offset_t va;
5771         int md_gen, pvh_gen;
5772
5773         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5774             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5775         vm_page_assert_busied(m);
5776
5777         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5778                 return;
5779         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5780         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5781         rw_wlock(lock);
5782 retry:
5783         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5784                 pmap = PV_PMAP(pv);
5785                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5786                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5787                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5788                         rw_wunlock(lock);
5789                         PMAP_LOCK(pmap);
5790                         rw_wlock(lock);
5791                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5792                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5793                                 goto retry;
5794                         }
5795                 }
5796                 va = pv->pv_va;
5797                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5798                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5799                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5800                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5801                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5802                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5803                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5804         }
5805         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5806                 pmap = PV_PMAP(pv);
5807                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5808                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5809                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5810                         md_gen = m->md.pv_gen;
5811                         rw_wunlock(lock);
5812                         PMAP_LOCK(pmap);
5813                         rw_wlock(lock);
5814                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5815                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5816                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5817                                 goto retry;
5818                         }
5819                 }
5820                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5821                 oldpte = pmap_load(pte);
5822                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5823                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5824                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5825                                 cpu_spinwait();
5826                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5827                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5828                                 vm_page_dirty(m);
5829                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5830                 }
5831                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5832         }
5833         rw_wunlock(lock);
5834         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5835 }
5836
5837 /*
5838  *      pmap_ts_referenced:
5839  *
5840  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5841  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5842  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5843  *      reference bits set.
5844  *
5845  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5846  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5847  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5848  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5849  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5850  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5851  *      to pmap_is_modified().
5852  */
5853 int
5854 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5855 {
5856         struct md_page *pvh;
5857         pv_entry_t pv, pvf;
5858         pmap_t pmap;
5859         struct rwlock *lock;
5860         pt_entry_t *pte, tpte;
5861         vm_offset_t va;
5862         vm_paddr_t pa;
5863         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5864         struct spglist free;
5865
5866         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5867             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5868         SLIST_INIT(&free);
5869         cleared = 0;
5870         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5871         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5872         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5873         rw_wlock(lock);
5874 retry:
5875         not_cleared = 0;
5876         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5877                 goto small_mappings;
5878         pv = pvf;
5879         do {
5880                 if (pvf == NULL)
5881                         pvf = pv;
5882                 pmap = PV_PMAP(pv);
5883                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5884                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5885                         rw_wunlock(lock);
5886                         PMAP_LOCK(pmap);
5887                         rw_wlock(lock);
5888                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5889                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5890                                 goto retry;
5891                         }
5892                 }
5893                 va = pv->pv_va;
5894                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5895                 tpte = pmap_load(pte);
5896                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5897                         /*
5898                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5899                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5900                          * we only update the 4KB page under test.
5901                          */
5902                         vm_page_dirty(m);
5903                 }
5904                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5905                         /*
5906                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5907                          * it should not be cleared every time it is tested.
5908                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5909                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5910                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5911                          * which testing the reference bit will result in
5912                          * clearing that reference bit.  This function is
5913                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5914                          * for every 2MB page mapping.
5915                          *
5916                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5917                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5918                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5919                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5920                          * since the superpage is wired, the current state of
5921                          * its reference bit won't affect page replacement.
5922                          */
5923                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
5924                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5925                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5926                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5927                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
5928                                 cleared++;
5929                         } else
5930                                 not_cleared++;
5931                 }
5932                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5933                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5934                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5935                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5936                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5937                         pvh->pv_gen++;
5938                 }
5939                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5940                         goto out;
5941         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5942 small_mappings:
5943         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5944                 goto out;
5945         pv = pvf;
5946         do {
5947                 if (pvf == NULL)
5948                         pvf = pv;
5949                 pmap = PV_PMAP(pv);
5950                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5951                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5952                         md_gen = m->md.pv_gen;
5953                         rw_wunlock(lock);
5954                         PMAP_LOCK(pmap);
5955                         rw_wlock(lock);
5956                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5957                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5958                                 goto retry;
5959                         }
5960                 }
5961                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5962                 tpte = pmap_load(pte);
5963                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5964                         vm_page_dirty(m);
5965                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5966                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5967                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5968                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5969                                 cleared++;
5970                         } else
5971                                 not_cleared++;
5972                 }
5973                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5974                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5975                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5976                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5977                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5978                         m->md.pv_gen++;
5979                 }
5980         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5981             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5982 out:
5983         rw_wunlock(lock);
5984         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5985         return (cleared + not_cleared);
5986 }
5987
5988 /*
5989  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5990  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5991  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5992  */
5993 void
5994 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5995 {
5996         struct rwlock *lock;
5997         vm_offset_t va, va_next;
5998         vm_page_t m;
5999         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
6000         pt_entry_t *l3, oldl3;
6001
6002         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6003
6004         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6005                 return;
6006
6007         PMAP_LOCK(pmap);
6008         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6009                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
6010                 if (pmap_load(l0) == 0) {
6011                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
6012                         if (va_next < sva)
6013                                 va_next = eva;
6014                         continue;
6015                 }
6016
6017                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
6018                 if (va_next < sva)
6019                         va_next = eva;
6020                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
6021                 if (pmap_load(l1) == 0)
6022                         continue;
6023                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6024                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6025                         continue;
6026                 }
6027
6028                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
6029                 if (va_next < sva)
6030                         va_next = eva;
6031                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
6032                 oldl2 = pmap_load(l2);
6033                 if (oldl2 == 0)
6034                         continue;
6035                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6036                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
6037                                 continue;
6038                         lock = NULL;
6039                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
6040                                 if (lock != NULL)
6041                                         rw_wunlock(lock);
6042
6043                                 /*
6044                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
6045                                  */
6046                                 continue;
6047                         }
6048
6049                         /*
6050                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6051                          * mapping to a single page so that a subsequent
6052                          * access may repromote.  Choosing the last page
6053                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
6054                          * generally results in more repromotions.  Since the
6055                          * underlying page table page is fully populated, this
6056                          * removal never frees a page table page.
6057                          */
6058                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6059                                 va = eva;
6060                                 if (va > va_next)
6061                                         va = va_next;
6062                                 va -= PAGE_SIZE;
6063                                 KASSERT(va >= sva,
6064                                     ("pmap_advise: no address gap"));
6065                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6066                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
6067                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6068                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
6069                                     NULL, &lock);
6070                         }
6071                         if (lock != NULL)
6072                                 rw_wunlock(lock);
6073                 }
6074                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
6075                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
6076                 if (va_next > eva)
6077                         va_next = eva;
6078                 va = va_next;
6079                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
6080                     sva += L3_SIZE) {
6081                         oldl3 = pmap_load(l3);
6082                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
6083                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
6084                                 goto maybe_invlrng;
6085                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
6086                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6087                                         /*
6088                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6089                                          * can be avoided by making the page
6090                                          * dirty now.
6091                                          */
6092                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
6093                                         vm_page_dirty(m);
6094                                 }
6095                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6096                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
6097                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6098                                         cpu_spinwait();
6099                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
6100                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
6101                         else
6102                                 goto maybe_invlrng;
6103                         if (va == va_next)
6104                                 va = sva;
6105                         continue;
6106 maybe_invlrng:
6107                         if (va != va_next) {
6108                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6109                                 va = va_next;
6110                         }
6111                 }
6112                 if (va != va_next)
6113                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6114         }
6115         PMAP_UNLOCK(pmap);
6116 }
6117
6118 /*
6119  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6120  */
6121 void
6122 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6123 {
6124         struct md_page *pvh;
6125         struct rwlock *lock;
6126         pmap_t pmap;
6127         pv_entry_t next_pv, pv;
6128         pd_entry_t *l2, oldl2;
6129         pt_entry_t *l3, oldl3;
6130         vm_offset_t va;
6131         int md_gen, pvh_gen;
6132
6133         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6134             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6135         vm_page_assert_busied(m);
6136
6137         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6138                 return;
6139         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6140         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6141         rw_wlock(lock);
6142 restart:
6143         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6144                 pmap = PV_PMAP(pv);
6145                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6146                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6147                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6148                         rw_wunlock(lock);
6149                         PMAP_LOCK(pmap);
6150                         rw_wlock(lock);
6151                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6152                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6153                                 goto restart;
6154                         }
6155                 }
6156                 va = pv->pv_va;
6157                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6158                 oldl2 = pmap_load(l2);
6159                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6160                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6161                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6162                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6163                         /*
6164                          * Write protect the mapping to a single page so that
6165                          * a subsequent write access may repromote.
6166                          */
6167                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6168                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6169                         oldl3 = pmap_load(l3);
6170                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6171                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6172                                 cpu_spinwait();
6173                         vm_page_dirty(m);
6174                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
6175                 }
6176                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6177         }
6178         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6179                 pmap = PV_PMAP(pv);
6180                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6181                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6182                         md_gen = m->md.pv_gen;
6183                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6184                         rw_wunlock(lock);
6185                         PMAP_LOCK(pmap);
6186                         rw_wlock(lock);
6187                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6188                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6189                                 goto restart;
6190                         }
6191                 }
6192                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6193                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6194                 oldl3 = pmap_load(l3);
6195                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6196                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6197                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6198                 }
6199                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6200         }
6201         rw_wunlock(lock);
6202 }
6203
6204 void *
6205 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6206 {
6207         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6208         vm_offset_t va, offset;
6209         pd_entry_t *pde;
6210         pt_entry_t *l2;
6211         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6212
6213         if (!vm_initialized) {
6214                 /*
6215                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6216                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6217                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6218                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6219                  */
6220                  if (size == 0)
6221                          return (NULL);
6222
6223                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6224                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6225                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6226
6227                 offset = pa & L2_OFFSET;
6228
6229                 if (preinit_map_va == 0)
6230                         return (NULL);
6231
6232                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6233
6234                 free_l2_count = 0;
6235                 start_idx = -1;
6236                 /* Find enough free contiguous VA space */
6237                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6238                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6239                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6240                                 /* Not enough space here */
6241                                 free_l2_count = 0;
6242                                 start_idx = -1;
6243                                 continue;
6244                         }
6245
6246                         if (ppim->pa == 0) {
6247                                 /* Free L2 block */
6248                                 if (start_idx == -1)
6249                                         start_idx = i;
6250                                 free_l2_count++;
6251                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6252                                         break;
6253                         }
6254                 }
6255                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6256                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6257
6258                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6259                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6260                         /* Mark entries as allocated */
6261                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6262                         ppim->pa = pa;
6263                         ppim->va = va + offset;
6264                         ppim->size = size;
6265                 }
6266
6267                 /* Map L2 blocks */
6268                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6269                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6270                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6271                         KASSERT(pde != NULL,
6272                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6273                             va));
6274                         KASSERT(lvl == 1,
6275                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6276
6277                         /* Insert L2_BLOCK */
6278                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6279                         pmap_load_store(l2,
6280                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6281                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6282
6283                         va += L2_SIZE;
6284                         pa += L2_SIZE;
6285                 }
6286                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6287
6288                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6289
6290         } else {
6291                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6292                 offset = pa & PAGE_MASK;
6293                 size = round_page(offset + size);
6294
6295                 va = kva_alloc(size);
6296                 if (va == 0)
6297                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6298
6299                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6300                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6301
6302                 /* L3 table is linked */
6303                 va = trunc_page(va);
6304                 pa = trunc_page(pa);
6305                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6306         }
6307
6308         return ((void *)(va + offset));
6309 }
6310
6311 void
6312 pmap_unmapbios(void *p, vm_size_t size)
6313 {
6314         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6315         vm_offset_t offset, tmpsize, va, va_trunc;
6316         pd_entry_t *pde;
6317         pt_entry_t *l2;
6318         int i, lvl, l2_blocks, block;
6319         bool preinit_map;
6320
6321         va = (vm_offset_t)p;
6322         l2_blocks =
6323            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6324         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6325
6326         /* Remove preinit mapping */
6327         preinit_map = false;
6328         block = 0;
6329         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6330                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6331                 if (ppim->va == va) {
6332                         KASSERT(ppim->size == size,
6333                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6334                         ppim->va = 0;
6335                         ppim->pa = 0;
6336                         ppim->size = 0;
6337                         preinit_map = true;
6338                         offset = block * L2_SIZE;
6339                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6340
6341                         /* Remove L2_BLOCK */
6342                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6343                         KASSERT(pde != NULL,
6344                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6345                             va_trunc));
6346                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6347                         pmap_clear(l2);
6348
6349                         if (block == (l2_blocks - 1))
6350                                 break;
6351                         block++;
6352                 }
6353         }
6354         if (preinit_map) {
6355                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6356                 return;
6357         }
6358
6359         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6360         if (vm_initialized) {
6361                 offset = va & PAGE_MASK;
6362                 size = round_page(offset + size);
6363                 va = trunc_page(va);
6364
6365                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6366                 KASSERT(pde != NULL,
6367                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6368                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6369
6370                 /* Unmap and invalidate the pages */
6371                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6372                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6373
6374                 kva_free(va, size);
6375         }
6376 }
6377
6378 /*
6379  * Sets the memory attribute for the specified page.
6380  */
6381 void
6382 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6383 {
6384
6385         m->md.pv_memattr = ma;
6386
6387         /*
6388          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6389          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6390          * required for data coherence.
6391          */
6392         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6393             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6394             m->md.pv_memattr) != 0)
6395                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6396 }
6397
6398 /*
6399  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6400  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6401  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6402  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6403  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6404  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6405  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6406  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6407  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6408  * same physical page have different memory types.
6409  *
6410  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6411  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6412  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6413  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6414  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6415  * virtual address range or the direct map.
6416  */
6417 int
6418 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6419 {
6420         int error;
6421
6422         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6423         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6424         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6425         return (error);
6426 }
6427
6428 /*
6429  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6430  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6431  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6432  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6433  * map are never executable.
6434  */
6435 int
6436 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6437 {
6438         int error;
6439
6440         /* Only supported within the kernel map. */
6441         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6442                 return (EINVAL);
6443
6444         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6445         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6446         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6447         return (error);
6448 }
6449
6450 static int
6451 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6452     int mode, bool skip_unmapped)
6453 {
6454         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6455         vm_size_t pte_size;
6456         vm_paddr_t pa;
6457         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6458         pt_entry_t bits, mask;
6459         int lvl, rv;
6460
6461         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6462         base = trunc_page(va);
6463         offset = va & PAGE_MASK;
6464         size = round_page(offset + size);
6465
6466         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6467             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6468                 return (EINVAL);
6469
6470         bits = 0;
6471         mask = 0;
6472         if (mode != -1) {
6473                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6474                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6475                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6476                         mask |= ATTR_S1_XN;
6477                         bits |= ATTR_S1_XN;
6478                 }
6479         }
6480         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6481                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6482                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6483                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6484                         /*
6485                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6486                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6487                          * instructions.
6488                          */
6489                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6490                 }
6491
6492                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6493                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6494                 }
6495                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6496                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6497                 }
6498                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6499                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6500         }
6501
6502         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6503                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6504                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6505                         return (EINVAL);
6506                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6507                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6508                         /*
6509                          * We already have the correct attribute or there
6510                          * is no memory mapped at this address and we are
6511                          * skipping unmapped memory.
6512                          */
6513                         switch (lvl) {
6514                         default:
6515                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6516                         case 1:
6517                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6518                                 break;
6519                         case 2:
6520                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6521                                 break;
6522                         case 3:
6523                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6524                                 break;
6525                         }
6526                 } else {
6527                         /* We can't demote/promote this entry */
6528                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6529
6530                         /*
6531                          * Split the entry to an level 3 table, then
6532                          * set the new attribute.
6533                          */
6534                         switch (lvl) {
6535                         default:
6536                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6537                         case 1:
6538                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6539                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6540                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6541                                         pte_size = L1_SIZE;
6542                                         break;
6543                                 }
6544                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6545                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6546                                 if (newpte == NULL)
6547                                         return (EINVAL);
6548                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6549                                 /* FALLTHROUGH */
6550                         case 2:
6551                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6552                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6553                                         pte_size = L2_SIZE;
6554                                         break;
6555                                 }
6556                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6557                                     tmpva);
6558                                 if (newpte == NULL)
6559                                         return (EINVAL);
6560                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6561                                 /* FALLTHROUGH */
6562                         case 3:
6563                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6564                                 break;
6565                         }
6566
6567                         /* Update the entry */
6568                         pte = pmap_load(ptep);
6569                         pte &= ~mask;
6570                         pte |= bits;
6571
6572                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6573                             pte_size);
6574
6575                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6576                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6577                                 /*
6578                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6579                                  */
6580                                 rv = pmap_change_props_locked(
6581                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6582                                     prot, mode, true);
6583                                 if (rv != 0)
6584                                         return (rv);
6585                         }
6586
6587                         /*
6588                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6589                          * the cache.
6590                          */
6591                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6592                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6593                         tmpva += pte_size;
6594                 }
6595         }
6596
6597         return (0);
6598 }
6599
6600 /*
6601  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6602  */
6603 static pt_entry_t *
6604 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6605 {
6606         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6607         vm_offset_t tmpl1;
6608         vm_paddr_t l2phys, phys;
6609         vm_page_t ml2;
6610         int i;
6611
6612         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6613         oldl1 = pmap_load(l1);
6614         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6615         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6616             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6617         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6618             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6619         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6620             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6621         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6622             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6623
6624         tmpl1 = 0;
6625         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6626                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6627                 if (tmpl1 == 0)
6628                         return (NULL);
6629         }
6630
6631         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6632             NULL) {
6633                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6634                     " in pmap %p", va, pmap);
6635                 l2 = NULL;
6636                 goto fail;
6637         }
6638
6639         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6640         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6641
6642         /* Address the range points at */
6643         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6644         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6645         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6646
6647         /* Create the new entries */
6648         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6649                 l2[i] = newl2 | phys;
6650                 phys += L2_SIZE;
6651         }
6652         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6653             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6654             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6655
6656         if (tmpl1 != 0) {
6657                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6658                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6659                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6660                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6661         }
6662
6663         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6664
6665 fail:
6666         if (tmpl1 != 0) {
6667                 pmap_kremove(tmpl1);
6668                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6669         }
6670
6671         return (l2);
6672 }
6673
6674 static void
6675 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6676 {
6677         pt_entry_t *l3;
6678
6679         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6680                 *l3 = newl3;
6681                 newl3 += L3_SIZE;
6682         }
6683 }
6684
6685 static void
6686 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6687     struct rwlock **lockp)
6688 {
6689         struct spglist free;
6690
6691         SLIST_INIT(&free);
6692         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6693             lockp);
6694         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6695 }
6696
6697 /*
6698  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6699  */
6700 static pt_entry_t *
6701 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6702     struct rwlock **lockp)
6703 {
6704         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6705         vm_offset_t tmpl2;
6706         vm_paddr_t l3phys;
6707         vm_page_t ml3;
6708
6709         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6710         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6711         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6712             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6713
6714         l3 = NULL;
6715         oldl2 = pmap_load(l2);
6716         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6717             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6718         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6719             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6720         va &= ~L2_OFFSET;
6721
6722         tmpl2 = 0;
6723         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6724                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6725                 if (tmpl2 == 0)
6726                         return (NULL);
6727         }
6728
6729         /*
6730          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6731          * mapping was never accessed.
6732          */
6733         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6734                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6735                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6736                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6737                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6738                     va, pmap);
6739                 goto fail;
6740         }
6741
6742         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6743                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6744                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6745                     " is missing"));
6746
6747                 /*
6748                  * If the page table page is missing and the mapping
6749                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6750                  * either the direct map or the early kernel memory.
6751                  * Page table pages are preallocated for every other
6752                  * part of the kernel address space, so the direct map
6753                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6754                  * kernel address space that must be handled here.
6755                  */
6756                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6757                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6758                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6759
6760                 /*
6761                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6762                  * region of the kernel's address space, then the page
6763                  * allocation request specifies the highest possible
6764                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6765                  * priority is normal.
6766                  */
6767                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6768                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6769                     VM_ALLOC_WIRED);
6770
6771                 /*
6772                  * If the allocation of the new page table page fails,
6773                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6774                  */
6775                 if (ml3 == NULL) {
6776                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6777                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6778                             " in pmap %p", va, pmap);
6779                         goto fail;
6780                 }
6781                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6782
6783                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6784                         ml3->ref_count = NL3PG;
6785                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6786                 }
6787         }
6788         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6789         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6790         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6791         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6792             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6793             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6794
6795         /*
6796          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6797          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6798          *
6799          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6800          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6801          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6802          */
6803         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6804                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6805
6806         /*
6807          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6808          */
6809         if (tmpl2 != 0) {
6810                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6811                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6812                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6813                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6814         }
6815
6816         /*
6817          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6818          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6819          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6820          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6821          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6822          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6823          */
6824         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6825                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6826
6827         /*
6828          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6829          * the 2MB page mapping.
6830          */
6831         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6832
6833         /*
6834          * Demote the PV entry.
6835          */
6836         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6837                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6838
6839         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6840         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6841             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6842
6843 fail:
6844         if (tmpl2 != 0) {
6845                 pmap_kremove(tmpl2);
6846                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6847         }
6848
6849         return (l3);
6850
6851 }
6852
6853 static pt_entry_t *
6854 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6855 {
6856         struct rwlock *lock;
6857         pt_entry_t *l3;
6858
6859         lock = NULL;
6860         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6861         if (lock != NULL)
6862                 rw_wunlock(lock);
6863         return (l3);
6864 }
6865
6866 /*
6867  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6868  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6869  * find other mappings.
6870  */
6871 int
6872 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6873 {
6874         pt_entry_t *pte, tpte;
6875         vm_paddr_t mask, pa;
6876         int lvl, val;
6877         bool managed;
6878
6879         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6880         PMAP_LOCK(pmap);
6881         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6882         if (pte != NULL) {
6883                 tpte = pmap_load(pte);
6884
6885                 switch (lvl) {
6886                 case 3:
6887                         mask = L3_OFFSET;
6888                         break;
6889                 case 2:
6890                         mask = L2_OFFSET;
6891                         break;
6892                 case 1:
6893                         mask = L1_OFFSET;
6894                         break;
6895                 default:
6896                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6897                 }
6898
6899                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6900                 val = MINCORE_INCORE;
6901                 if (lvl != 3)
6902                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6903                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6904                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6905                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6906                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6907                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6908
6909                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6910         } else {
6911                 managed = false;
6912                 val = 0;
6913         }
6914
6915         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6916             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6917                 *pap = pa;
6918         }
6919         PMAP_UNLOCK(pmap);
6920         return (val);
6921 }
6922
6923 /*
6924  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6925  * reserved.
6926  */
6927 static void
6928 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6929 {
6930         pmap_t curpmap;
6931         int asid, cpuid, epoch;
6932         struct asid_set *set;
6933         enum pmap_stage stage;
6934
6935         set = pmap->pm_asid_set;
6936         stage = pmap->pm_stage;
6937
6938         set = pmap->pm_asid_set;
6939         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6940         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6941
6942         /*
6943          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6944          * loads from pc_curpmap are performed.
6945          */
6946         epoch = set->asid_epoch + 1;
6947         if (epoch == INT_MAX)
6948                 epoch = 0;
6949         set->asid_epoch = epoch;
6950         dsb(ishst);
6951         if (stage == PM_STAGE1) {
6952                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6953         } else {
6954                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6955                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6956                     __func__));
6957                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6958         }
6959         dsb(ish);
6960         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6961             set->asid_set_size - 1);
6962         CPU_FOREACH(cpuid) {
6963                 if (cpuid == curcpu)
6964                         continue;
6965                 if (stage == PM_STAGE1) {
6966                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6967                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6968                 } else {
6969                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6970                         if (curpmap == NULL)
6971                                 continue;
6972                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6973                 }
6974                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6975                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6976                 if (asid == -1)
6977                         continue;
6978                 bit_set(set->asid_set, asid);
6979                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6980         }
6981 }
6982
6983 /*
6984  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6985  */
6986 static void
6987 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6988 {
6989         struct asid_set *set;
6990         int new_asid;
6991
6992         set = pmap->pm_asid_set;
6993         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6994
6995         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6996
6997         /*
6998          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6999          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
7000          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
7001          * don't need to allocate a new ASID.
7002          */
7003         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
7004                 goto out;
7005
7006         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
7007             &new_asid);
7008         if (new_asid == -1) {
7009                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7010                     set->asid_next, &new_asid);
7011                 if (new_asid == -1) {
7012                         pmap_reset_asid_set(pmap);
7013                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7014                             set->asid_set_size, &new_asid);
7015                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
7016                 }
7017         }
7018         bit_set(set->asid_set, new_asid);
7019         set->asid_next = new_asid + 1;
7020         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
7021 out:
7022         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
7023 }
7024
7025 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
7026
7027 /*
7028  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
7029  * pmap.  This value may change from time to time.
7030  */
7031 uint64_t
7032 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
7033 {
7034         uint64_t ttbr;
7035
7036         ttbr = pmap->pm_ttbr;
7037         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
7038         ttbr |= ttbr_flags;
7039
7040         return (ttbr);
7041 }
7042
7043 static void
7044 pmap_set_cnp(void *arg)
7045 {
7046         uint64_t ttbr0, ttbr1;
7047         u_int cpuid;
7048
7049         cpuid = *(u_int *)arg;
7050         if (cpuid == curcpu) {
7051                 /*
7052                  * Set the flags while all CPUs are handling the
7053                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
7054                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
7055                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
7056                  * to ensure all CPUs can observe this change.
7057                  */
7058                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
7059         }
7060
7061         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
7062         ttbr0 |= TTBR_CnP;
7063
7064         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
7065         ttbr1 |= TTBR_CnP;
7066
7067         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
7068         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
7069         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
7070         isb();
7071         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7072         dsb(ish);
7073         isb();
7074 }
7075
7076 /*
7077  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
7078  * supported on all CPUs.
7079  */
7080 static void
7081 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
7082 {
7083         uint64_t reg;
7084         u_int cpuid;
7085
7086         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
7087                 return;
7088
7089         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
7090                 if (bootverbose)
7091                         printf("Enabling CnP\n");
7092                 cpuid = curcpu;
7093                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
7094         }
7095
7096 }
7097 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
7098
7099 static bool
7100 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
7101 {
7102         struct asid_set *set;
7103         int epoch;
7104
7105         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7106         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7107
7108         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7109             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7110                 /*
7111                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7112                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7113                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7114                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7115                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7116                  * instructions performed on the old processor have completed.
7117                  */
7118                 dsb(ish);
7119                 return (false);
7120         }
7121
7122         set = pmap->pm_asid_set;
7123         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7124
7125         /*
7126          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7127          * load from asid_epoch is performed.
7128          */
7129         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7130                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7131         else
7132                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7133         dsb(ish);
7134         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7135         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7136                 pmap_alloc_asid(pmap);
7137
7138         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7139                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7140                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7141                         invalidate_local_icache();
7142         }
7143         return (true);
7144 }
7145
7146 void
7147 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7148 {
7149
7150         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7151
7152         (void)pmap_activate_int(pmap);
7153 }
7154
7155 void
7156 pmap_activate(struct thread *td)
7157 {
7158         pmap_t  pmap;
7159
7160         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7161         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7162         critical_enter();
7163         (void)pmap_activate_int(pmap);
7164         critical_exit();
7165 }
7166
7167 /*
7168  * Activate the thread we are switching to.
7169  * To simplify the assembly in cpu_throw return the new threads pcb.
7170  */
7171 struct pcb *
7172 pmap_switch(struct thread *new)
7173 {
7174         pcpu_bp_harden bp_harden;
7175         struct pcb *pcb;
7176
7177         /* Store the new curthread */
7178         PCPU_SET(curthread, new);
7179
7180         /* And the new pcb */
7181         pcb = new->td_pcb;
7182         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7183
7184         /*
7185          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7186          * to a user process.
7187          */
7188
7189         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7190                 /*
7191                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7192                  * other processes. This will call into a CPU specific
7193                  * function that clears the branch predictor state.
7194                  */
7195                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7196                 if (bp_harden != NULL)
7197                         bp_harden();
7198         }
7199
7200         return (pcb);
7201 }
7202
7203 void
7204 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7205 {
7206
7207         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7208         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7209             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7210
7211         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7212                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7213         } else {
7214                 u_int len, offset;
7215                 vm_paddr_t pa;
7216
7217                 /* Find the length of data in this page to flush */
7218                 offset = va & PAGE_MASK;
7219                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7220
7221                 while (sz != 0) {
7222                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7223                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7224                         if (pa != 0)
7225                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7226
7227                         /* Move to the next page */
7228                         sz -= len;
7229                         va += len;
7230                         /* Set the length for the next iteration */
7231                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7232                 }
7233         }
7234 }
7235
7236 static int
7237 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7238 {
7239         pd_entry_t *pdep;
7240         pt_entry_t *ptep, pte;
7241         int rv, lvl, dfsc;
7242
7243         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7244         rv = KERN_FAILURE;
7245
7246         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7247         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7248         switch (dfsc) {
7249         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7250         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7251         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7252         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7253                 PMAP_LOCK(pmap);
7254                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7255                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7256                         PMAP_LOCK(pmap);
7257                         break;
7258                 }
7259
7260                 switch (lvl) {
7261                 case 0:
7262                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7263                         break;
7264                 case 1:
7265                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7266                         break;
7267                 case 2:
7268                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7269                         break;
7270                 default:
7271                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7272                 }
7273                 goto fault_exec;
7274
7275         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7276         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7277         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7278                 PMAP_LOCK(pmap);
7279                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7280 fault_exec:
7281                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7282                         if (icache_vmid) {
7283                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7284                         } else {
7285                                 /*
7286                                  * If accessing an executable page invalidate
7287                                  * the I-cache so it will be valid when we
7288                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7289                                  * is assumed to already be clean to the Point
7290                                  * of Coherency.
7291                                  */
7292                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7293                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7294                                         invalidate_icache();
7295                                 }
7296                         }
7297                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7298                         rv = KERN_SUCCESS;
7299                 }
7300                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7301                 break;
7302         }
7303
7304         return (rv);
7305 }
7306
7307 int
7308 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7309 {
7310         pt_entry_t pte, *ptep;
7311         register_t intr;
7312         uint64_t ec, par;
7313         int lvl, rv;
7314
7315         rv = KERN_FAILURE;
7316
7317         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7318         switch (ec) {
7319         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7320         case EXCP_INSN_ABORT:
7321         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7322         case EXCP_DATA_ABORT:
7323                 break;
7324         default:
7325                 return (rv);
7326         }
7327
7328         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7329                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7330
7331         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7332         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7333         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7334         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7335         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7336                 PMAP_LOCK(pmap);
7337                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7338                 if (ptep != NULL) {
7339                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7340                         rv = KERN_SUCCESS;
7341                         /*
7342                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7343                          * dirty if this is a write fault.
7344                          */
7345                 }
7346                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7347                 break;
7348         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7349         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7350         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7351                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7352                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7353                         return (rv);
7354                 PMAP_LOCK(pmap);
7355                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7356                 if (ptep != NULL &&
7357                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7358                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7359                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7360                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7361                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, far, true);
7362                         }
7363                         rv = KERN_SUCCESS;
7364                 }
7365                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7366                 break;
7367         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7368         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7369         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7370         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7371                 /*
7372                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7373                  * produce a transient fault.
7374                  */
7375                 if (pmap == kernel_pmap) {
7376                         /*
7377                          * The translation fault may have occurred within a
7378                          * critical section.  Therefore, we must check the
7379                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7380                          */
7381                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7382                                 rv = KERN_SUCCESS;
7383                 } else {
7384                         PMAP_LOCK(pmap);
7385                         /* Ask the MMU to check the address. */
7386                         intr = intr_disable();
7387                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7388                         intr_restore(intr);
7389                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7390
7391                         /*
7392                          * If the translation was successful, then we can
7393                          * return success to the trap handler.
7394                          */
7395                         if (PAR_SUCCESS(par))
7396                                 rv = KERN_SUCCESS;
7397                 }
7398                 break;
7399         }
7400
7401         return (rv);
7402 }
7403
7404 /*
7405  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7406  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7407  */
7408 void
7409 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7410     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7411 {
7412         vm_offset_t superpage_offset;
7413
7414         if (size < L2_SIZE)
7415                 return;
7416         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7417                 offset += ptoa(object->pg_color);
7418         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7419         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7420             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7421                 return;
7422         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7423                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7424         else
7425                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7426 }
7427
7428 /**
7429  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7430  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7431  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7432  *
7433  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7434  *                    address on the kernel memory map.
7435  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7436  *                    of the pages passed in the page parameter.
7437  * \param count       Number of pages passed in.
7438  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7439  *                    page faults, FALSE otherwise.
7440  *
7441  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7442  *          finished or FALSE otherwise.
7443  *
7444  */
7445 boolean_t
7446 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7447     boolean_t can_fault)
7448 {
7449         vm_paddr_t paddr;
7450         boolean_t needs_mapping;
7451         int error __diagused, i;
7452
7453         /*
7454          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7455          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7456          */
7457         needs_mapping = FALSE;
7458         for (i = 0; i < count; i++) {
7459                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7460                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7461                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7462                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7463                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7464                         needs_mapping = TRUE;
7465                 } else {
7466                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7467                 }
7468         }
7469
7470         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7471         if (!needs_mapping)
7472                 return (FALSE);
7473
7474         if (!can_fault)
7475                 sched_pin();
7476         for (i = 0; i < count; i++) {
7477                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7478                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7479                         panic(
7480                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7481                 }
7482         }
7483
7484         return (needs_mapping);
7485 }
7486
7487 void
7488 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7489     boolean_t can_fault)
7490 {
7491         vm_paddr_t paddr;
7492         int i;
7493
7494         if (!can_fault)
7495                 sched_unpin();
7496         for (i = 0; i < count; i++) {
7497                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7498                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7499                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7500                 }
7501         }
7502 }
7503
7504 boolean_t
7505 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7506 {
7507
7508         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7509 }
7510
7511 /*
7512  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7513  * in various mapping attributes.
7514  */
7515 struct pmap_kernel_map_range {
7516         vm_offset_t sva;
7517         pt_entry_t attrs;
7518         int l3pages;
7519         int l3contig;
7520         int l2blocks;
7521         int l1blocks;
7522 };
7523
7524 static void
7525 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7526     vm_offset_t eva)
7527 {
7528         const char *mode;
7529         int index;
7530
7531         if (eva <= range->sva)
7532                 return;
7533
7534         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7535         switch (index) {
7536         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7537                 mode = "DEV";
7538                 break;
7539         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7540                 mode = "UC";
7541                 break;
7542         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7543                 mode = "WB";
7544                 break;
7545         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7546                 mode = "WT";
7547                 break;
7548         default:
7549                 printf(
7550                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7551                     __func__, index, range->sva, eva);
7552                 mode = "??";
7553                 break;
7554         }
7555
7556         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7557             range->sva, eva,
7558             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7559             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7560             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7561             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7562             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7563             range->l3pages);
7564
7565         /* Reset to sentinel value. */
7566         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7567 }
7568
7569 /*
7570  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7571  * being tracked by the current range.
7572  */
7573 static bool
7574 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7575 {
7576
7577         return (range->attrs == attrs);
7578 }
7579
7580 static void
7581 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7582     pt_entry_t attrs)
7583 {
7584
7585         memset(range, 0, sizeof(*range));
7586         range->sva = va;
7587         range->attrs = attrs;
7588 }
7589
7590 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7591 static pt_entry_t
7592 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7593 {
7594         pt_entry_t attrs;
7595
7596         attrs = 0;
7597         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7598                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7599         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7600                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7601         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7602                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7603
7604         return (attrs);
7605 }
7606
7607 /* Read the block/page attributes we care about */
7608 static pt_entry_t
7609 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7610 {
7611         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7612 }
7613
7614 /*
7615  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7616  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7617  * begin a new run.
7618  */
7619 static void
7620 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7621     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7622     pt_entry_t l3e)
7623 {
7624         pt_entry_t attrs;
7625
7626         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7627
7628         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7629                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7630                 goto done;
7631         }
7632         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7633
7634         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7635                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7636                 goto done;
7637         }
7638         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7639         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7640
7641 done:
7642         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7643                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7644                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7645         }
7646 }
7647
7648 static int
7649 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7650 {
7651         struct pmap_kernel_map_range range;
7652         struct sbuf sbuf, *sb;
7653         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7654         pt_entry_t *l3, l3e;
7655         vm_offset_t sva;
7656         vm_paddr_t pa;
7657         int error, i, j, k, l;
7658
7659         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7660         if (error != 0)
7661                 return (error);
7662         sb = &sbuf;
7663         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7664
7665         /* Sentinel value. */
7666         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7667
7668         /*
7669          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7670          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7671          * observe inconsistencies in the output.
7672          */
7673         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7674             i++) {
7675                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7676                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7677                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7678                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7679
7680                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7681                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7682                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7683                         sva += L0_SIZE;
7684                         continue;
7685                 }
7686                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7687                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7688
7689                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7690                         l1e = l1[j];
7691                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7692                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7693                                 sva += L1_SIZE;
7694                                 continue;
7695                         }
7696                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7697                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
7698                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7699                                     0, 0);
7700                                 range.l1blocks++;
7701                                 sva += L1_SIZE;
7702                                 continue;
7703                         }
7704                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7705                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7706
7707                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7708                                 l2e = l2[k];
7709                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7710                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7711                                         sva += L2_SIZE;
7712                                         continue;
7713                                 }
7714                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7715                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7716                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7717                                         range.l2blocks++;
7718                                         sva += L2_SIZE;
7719                                         continue;
7720                                 }
7721                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7722                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7723
7724                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7725                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7726                                         l3e = l3[l];
7727                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7728                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7729                                                     sva);
7730                                                 continue;
7731                                         }
7732                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7733                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7734                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7735                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7736                                                     1 : 0;
7737                                         else
7738                                                 range.l3pages++;
7739                                 }
7740                         }
7741                 }
7742         }
7743
7744         error = sbuf_finish(sb);
7745         sbuf_delete(sb);
7746         return (error);
7747 }
7748 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7749     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7750     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7751     "Dump kernel address layout");