]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
MFV: zlib 1.2.13.
[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         int domain, i, j, pages;
1351
1352         /*
1353          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1354          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1355          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1356          */
1357         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1358
1359         /*
1360          * Calculate the size of the array.
1361          */
1362         s = 0;
1363         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1364                 seg = &vm_phys_segs[i];
1365                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1366                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1367                 s += round_page(pages * sizeof(*pvd));
1368         }
1369         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1370         if (pv_table == NULL)
1371                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1372
1373         /*
1374          * Iterate physical segments to allocate domain-local memory for PV
1375          * list headers.
1376          */
1377         pvd = pv_table;
1378         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1379                 seg = &vm_phys_segs[i];
1380                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1381                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1382                 domain = seg->domain;
1383
1384                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1385
1386                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1387                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain,
1388                             VM_ALLOC_ZERO);
1389                         if (m == NULL)
1390                                 panic("failed to allocate PV table page");
1391                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1392                 }
1393
1394                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1395                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1396                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1397                         pvd++;
1398                 }
1399         }
1400         pvd = &pv_dummy_large;
1401         memset(pvd, 0, sizeof(*pvd));
1402         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
1403         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1404
1405         /*
1406          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1407          */
1408         for (i = 0, pvd = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1409                 seg = &vm_phys_segs[i];
1410                 seg->md_first = pvd;
1411                 pvd += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1412                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1413
1414                 /*
1415                  * If there is a following segment, and the final
1416                  * superpage of this segment and the initial superpage
1417                  * of the next segment are the same then adjust the
1418                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1419                  * that the pv_table entries will be shared.
1420                  */
1421                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1422                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1423                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1424                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1425                                 pvd--;
1426                         }
1427                 }
1428         }
1429 }
1430
1431 /*
1432  *      Initialize the pmap module.
1433  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1434  *      system needs to map virtual memory.
1435  */
1436 void
1437 pmap_init(void)
1438 {
1439         uint64_t mmfr1;
1440         int i, vmid_bits;
1441
1442         /*
1443          * Are large page mappings enabled?
1444          */
1445         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1446         if (superpages_enabled) {
1447                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1448                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1449                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1450                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1451                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1452                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1453                         pagesizes[2] = L1_SIZE;
1454                 }
1455         }
1456
1457         /*
1458          * Initialize the ASID allocator.
1459          */
1460         pmap_init_asids(&asids,
1461             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1462
1463         if (has_hyp()) {
1464                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1465                 vmid_bits = 8;
1466
1467                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1468                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1469                         vmid_bits = 16;
1470                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1471         }
1472
1473         /*
1474          * Initialize pv chunk lists.
1475          */
1476         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
1477                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL,
1478                     MTX_DEF);
1479                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
1480         }
1481         pmap_init_pv_table();
1482
1483         vm_initialized = 1;
1484 }
1485
1486 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1487     "2MB page mapping counters");
1488
1489 static u_long pmap_l2_demotions;
1490 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1491     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1492
1493 static u_long pmap_l2_mappings;
1494 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1495     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1496
1497 static u_long pmap_l2_p_failures;
1498 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1499     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1500
1501 static u_long pmap_l2_promotions;
1502 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1503     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1504
1505 /*
1506  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1507  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1508  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1509  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1510  */
1511 static __inline void
1512 pmap_s1_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1513 {
1514         if (final_only)
1515                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1516         else
1517                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1518 }
1519
1520 static __inline void
1521 pmap_s1_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1522 {
1523         if (final_only)
1524                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1525         else
1526                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1531  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1532  */
1533 static __inline void
1534 pmap_s1_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1535 {
1536         uint64_t r;
1537
1538         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1539
1540         dsb(ishst);
1541         r = TLBI_VA(va);
1542         if (pmap == kernel_pmap) {
1543                 pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1544         } else {
1545                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1546                 pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1547         }
1548         dsb(ish);
1549         isb();
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1554  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1555  */
1556 static __inline void
1557 pmap_s1_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1558     bool final_only)
1559 {
1560         uint64_t end, r, start;
1561
1562         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1563
1564         dsb(ishst);
1565         if (pmap == kernel_pmap) {
1566                 start = TLBI_VA(sva);
1567                 end = TLBI_VA(eva);
1568                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1569                         pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1570         } else {
1571                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1572                 start |= TLBI_VA(sva);
1573                 end |= TLBI_VA(eva);
1574                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1575                         pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1576         }
1577         dsb(ish);
1578         isb();
1579 }
1580
1581 /*
1582  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1583  * given virtual address space.
1584  */
1585 static __inline void
1586 pmap_s1_invalidate_all(pmap_t pmap)
1587 {
1588         uint64_t r;
1589
1590         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1591
1592         dsb(ishst);
1593         if (pmap == kernel_pmap) {
1594                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1595         } else {
1596                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1597                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1598         }
1599         dsb(ish);
1600         isb();
1601 }
1602
1603 /*
1604  *      Routine:        pmap_extract
1605  *      Function:
1606  *              Extract the physical page address associated
1607  *              with the given map/virtual_address pair.
1608  */
1609 vm_paddr_t
1610 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1611 {
1612         pt_entry_t *pte, tpte;
1613         vm_paddr_t pa;
1614         int lvl;
1615
1616         pa = 0;
1617         PMAP_LOCK(pmap);
1618         /*
1619          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1620          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1621          */
1622         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1623         if (pte != NULL) {
1624                 tpte = pmap_load(pte);
1625                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1626                 switch(lvl) {
1627                 case 1:
1628                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
1629                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1630                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1631                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1632                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1633                         break;
1634                 case 2:
1635                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1636                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1637                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1638                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1639                         break;
1640                 case 3:
1641                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1642                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1643                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1644                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1645                         break;
1646                 }
1647         }
1648         PMAP_UNLOCK(pmap);
1649         return (pa);
1650 }
1651
1652 /*
1653  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1654  *      Function:
1655  *              Atomically extract and hold the physical page
1656  *              with the given pmap and virtual address pair
1657  *              if that mapping permits the given protection.
1658  */
1659 vm_page_t
1660 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1661 {
1662         pt_entry_t *pte, tpte;
1663         vm_offset_t off;
1664         vm_page_t m;
1665         int lvl;
1666         bool use;
1667
1668         m = NULL;
1669         PMAP_LOCK(pmap);
1670         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1671         if (pte != NULL) {
1672                 tpte = pmap_load(pte);
1673
1674                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1675                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1676                 /*
1677                  * Check that the pte is either a L3 page, or a L1 or L2 block
1678                  * entry. We can assume L1_BLOCK == L2_BLOCK.
1679                  */
1680                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1681                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1682                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1683                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1684
1685                 use = false;
1686                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1687                         use = true;
1688                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1689                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1690                         use = true;
1691                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1692                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1693                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1694                         use = true;
1695
1696                 if (use) {
1697                         switch (lvl) {
1698                         case 1:
1699                                 off = va & L1_OFFSET;
1700                                 break;
1701                         case 2:
1702                                 off = va & L2_OFFSET;
1703                                 break;
1704                         case 3:
1705                         default:
1706                                 off = 0;
1707                         }
1708                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1709                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1710                                 m = NULL;
1711                 }
1712         }
1713         PMAP_UNLOCK(pmap);
1714         return (m);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1719  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1720  * physical address in pa if it is not NULL.
1721  *
1722  * See the comment above data_abort() for the rationale for specifying
1723  * NO_PERTHREAD_SSP here.
1724  */
1725 bool NO_PERTHREAD_SSP
1726 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1727 {
1728         pt_entry_t *pte, tpte;
1729         register_t intr;
1730         uint64_t par;
1731
1732         /*
1733          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1734          * for address translation, and getting the result back.
1735          */
1736         intr = intr_disable();
1737         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1738         intr_restore(intr);
1739
1740         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1741                 if (pa != NULL)
1742                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1743                 return (true);
1744         }
1745
1746         /*
1747          * Fall back to walking the page table. The address translation
1748          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1749          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1750          * can walk the page table to find the physical address.
1751          */
1752
1753         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1754         if (pte == NULL)
1755                 return (false);
1756
1757         /*
1758          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1759          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1760          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1761          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1762          */
1763         tpte = pmap_load(pte);
1764         if (tpte == 0)
1765                 return (false);
1766         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1767                 if (pa != NULL)
1768                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1769                 return (true);
1770         }
1771         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1772         tpte = pmap_load(pte);
1773         if (tpte == 0)
1774                 return (false);
1775         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1776                 if (pa != NULL)
1777                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1778                 return (true);
1779         }
1780         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1781         tpte = pmap_load(pte);
1782         if (tpte == 0)
1783                 return (false);
1784         if (pa != NULL)
1785                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1786         return (true);
1787 }
1788
1789 vm_paddr_t
1790 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1791 {
1792         vm_paddr_t pa;
1793
1794         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1795                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1796
1797         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1798                 return (0);
1799         return (pa);
1800 }
1801
1802 /***************************************************
1803  * Low level mapping routines.....
1804  ***************************************************/
1805
1806 void
1807 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1808 {
1809         pd_entry_t *pde;
1810         pt_entry_t *pte, attr;
1811         vm_offset_t va;
1812         int lvl;
1813
1814         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1815            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1816         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1817            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1818         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1819             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1820
1821         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1822             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1823         va = sva;
1824         while (size != 0) {
1825                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1826                 KASSERT(pde != NULL,
1827                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1828                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1829
1830                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1831                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1832
1833                 va += PAGE_SIZE;
1834                 pa += PAGE_SIZE;
1835                 size -= PAGE_SIZE;
1836         }
1837         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1838 }
1839
1840 void
1841 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1842 {
1843
1844         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1845 }
1846
1847 /*
1848  * Remove a page from the kernel pagetables.
1849  */
1850 PMAP_INLINE void
1851 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1852 {
1853         pt_entry_t *pte;
1854
1855         pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
1856         pmap_clear(pte);
1857         pmap_s1_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
1858 }
1859
1860 void
1861 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1862 {
1863         pt_entry_t *pte;
1864         vm_offset_t va;
1865
1866         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1867            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1868         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1869             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1870
1871         va = sva;
1872         while (size != 0) {
1873                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
1874                 pmap_clear(pte);
1875
1876                 va += PAGE_SIZE;
1877                 size -= PAGE_SIZE;
1878         }
1879         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1880 }
1881
1882 /*
1883  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1884  *      virtual address space.
1885  *
1886  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1887  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1888  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1889  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1890  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1891  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1892  *      region.
1893  */
1894 vm_offset_t
1895 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1896 {
1897         return PHYS_TO_DMAP(start);
1898 }
1899
1900 /*
1901  * Add a list of wired pages to the kva
1902  * this routine is only used for temporary
1903  * kernel mappings that do not need to have
1904  * page modification or references recorded.
1905  * Note that old mappings are simply written
1906  * over.  The page *must* be wired.
1907  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1908  */
1909 void
1910 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1911 {
1912         pd_entry_t *pde;
1913         pt_entry_t *pte, pa;
1914         vm_offset_t va;
1915         vm_page_t m;
1916         int i, lvl;
1917
1918         va = sva;
1919         for (i = 0; i < count; i++) {
1920                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1921                 KASSERT(pde != NULL,
1922                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1923                 KASSERT(lvl == 2,
1924                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1925
1926                 m = ma[i];
1927                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1928                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1929                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1930                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1931                 pmap_load_store(pte, pa);
1932
1933                 va += L3_SIZE;
1934         }
1935         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1936 }
1937
1938 /*
1939  * This routine tears out page mappings from the
1940  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1941  */
1942 void
1943 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1944 {
1945         pt_entry_t *pte;
1946         vm_offset_t va;
1947
1948         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
1949             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
1950         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
1951
1952         va = sva;
1953         while (count-- > 0) {
1954                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, NULL);
1955                 if (pte != NULL) {
1956                         pmap_clear(pte);
1957                 }
1958
1959                 va += PAGE_SIZE;
1960         }
1961         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1962 }
1963
1964 /***************************************************
1965  * Page table page management routines.....
1966  ***************************************************/
1967 /*
1968  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1969  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1970  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1971  */
1972 static __inline void
1973 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1974     boolean_t set_PG_ZERO)
1975 {
1976
1977         if (set_PG_ZERO)
1978                 m->flags |= PG_ZERO;
1979         else
1980                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1981         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1982 }
1983
1984 /*
1985  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1986  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1987  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1988  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1989  */
1990 static inline boolean_t
1991 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1992 {
1993
1994         --m->ref_count;
1995         if (m->ref_count == 0) {
1996                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1997                 return (TRUE);
1998         } else
1999                 return (FALSE);
2000 }
2001
2002 static void
2003 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2004 {
2005
2006         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2007         /*
2008          * unmap the page table page
2009          */
2010         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2011                 /* l1 page */
2012                 pd_entry_t *l0;
2013
2014                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2015                 pmap_clear(l0);
2016         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
2017                 /* l2 page */
2018                 pd_entry_t *l1;
2019
2020                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2021                 pmap_clear(l1);
2022         } else {
2023                 /* l3 page */
2024                 pd_entry_t *l2;
2025
2026                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2027                 pmap_clear(l2);
2028         }
2029         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2030         if (m->pindex < NUL2E) {
2031                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
2032                 pd_entry_t *l1, tl1;
2033                 vm_page_t l2pg;
2034
2035                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2036                 tl1 = pmap_load(l1);
2037                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2038                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
2039         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
2040                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
2041                 pd_entry_t *l0, tl0;
2042                 vm_page_t l1pg;
2043
2044                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2045                 tl0 = pmap_load(l0);
2046                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2047                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
2048         }
2049         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
2050
2051         /*
2052          * Put page on a list so that it is released after
2053          * *ALL* TLB shootdown is done
2054          */
2055         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2056 }
2057
2058 /*
2059  * After removing a page table entry, this routine is used to
2060  * conditionally free the page, and manage the reference count.
2061  */
2062 static int
2063 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2064     struct spglist *free)
2065 {
2066         vm_page_t mpte;
2067
2068         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2069             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2070         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
2071                 return (0);
2072         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2073         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
2074         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2079  * mapping.
2080  */
2081 static void
2082 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2083 {
2084         struct spglist free;
2085
2086         SLIST_INIT(&free);
2087         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
2088                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2089 }
2090
2091 void
2092 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2093 {
2094
2095         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2096         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2097         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
2098         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2099         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2100         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
2101         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
2102         pmap->pm_levels = 4;
2103         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
2104         pmap->pm_asid_set = &asids;
2105
2106         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2107 }
2108
2109 int
2110 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
2111 {
2112         vm_page_t m;
2113
2114         /*
2115          * allocate the l0 page
2116          */
2117         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
2118             VM_ALLOC_ZERO);
2119         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2120         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2121
2122         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2123         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2124         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
2125
2126         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
2127         pmap->pm_levels = levels;
2128         pmap->pm_stage = stage;
2129         switch (stage) {
2130         case PM_STAGE1:
2131                 pmap->pm_asid_set = &asids;
2132                 break;
2133         case PM_STAGE2:
2134                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
2135                 break;
2136         default:
2137                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
2138                 break;
2139         }
2140
2141         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
2142         pmap_alloc_asid(pmap);
2143
2144         /*
2145          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
2146          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
2147          * pmap_release() is called.
2148          */
2149         if (pmap->pm_levels == 3) {
2150                 PMAP_LOCK(pmap);
2151                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
2152                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2153         }
2154         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2155
2156         return (1);
2157 }
2158
2159 int
2160 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2161 {
2162
2163         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
2164 }
2165
2166 /*
2167  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2168  *
2169  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2170  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2171  *
2172  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2173  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2174  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2175  * race conditions.
2176  */
2177 static vm_page_t
2178 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2179 {
2180         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
2181
2182         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2183
2184         /*
2185          * Allocate a page table page.
2186          */
2187         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2188                 if (lockp != NULL) {
2189                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2190                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2191                         vm_wait(NULL);
2192                         PMAP_LOCK(pmap);
2193                 }
2194
2195                 /*
2196                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2197                  * page may have been allocated.
2198                  */
2199                 return (NULL);
2200         }
2201         m->pindex = ptepindex;
2202
2203         /*
2204          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2205          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2206          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2207          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2208          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2209          * PTE within "m".
2210          */
2211         dmb(ishst);
2212
2213         /*
2214          * Map the pagetable page into the process address space, if
2215          * it isn't already there.
2216          */
2217
2218         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2219                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2220                 vm_pindex_t l0index;
2221
2222                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2223                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2224                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2225                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2226                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2227
2228                 /*
2229                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2230                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2231                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2232                  * locore.S.
2233                  */
2234                 if (pmap == kernel_pmap)
2235                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2236                 else
2237                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2238                 pmap_store(l0p, l0e);
2239         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2240                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2241                 pd_entry_t *l0, *l1;
2242                 pd_entry_t tl0;
2243
2244                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2245                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2246
2247                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2248                 tl0 = pmap_load(l0);
2249                 if (tl0 == 0) {
2250                         /* recurse for allocating page dir */
2251                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2252                             lockp) == NULL) {
2253                                 vm_page_unwire_noq(m);
2254                                 vm_page_free_zero(m);
2255                                 return (NULL);
2256                         }
2257                 } else {
2258                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2259                         l1pg->ref_count++;
2260                 }
2261
2262                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2263                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2264                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2265                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2266                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2267         } else {
2268                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2269                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2270                 pd_entry_t tl0, tl1;
2271
2272                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2273                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2274
2275                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2276                 tl0 = pmap_load(l0);
2277                 if (tl0 == 0) {
2278                         /* recurse for allocating page dir */
2279                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2280                             lockp) == NULL) {
2281                                 vm_page_unwire_noq(m);
2282                                 vm_page_free_zero(m);
2283                                 return (NULL);
2284                         }
2285                         tl0 = pmap_load(l0);
2286                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2287                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2288                 } else {
2289                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2290                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2291                         tl1 = pmap_load(l1);
2292                         if (tl1 == 0) {
2293                                 /* recurse for allocating page dir */
2294                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2295                                     lockp) == NULL) {
2296                                         vm_page_unwire_noq(m);
2297                                         vm_page_free_zero(m);
2298                                         return (NULL);
2299                                 }
2300                         } else {
2301                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2302                                 l2pg->ref_count++;
2303                         }
2304                 }
2305
2306                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2307                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2308                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2309                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2310                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2311         }
2312
2313         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2314
2315         return (m);
2316 }
2317
2318 static pd_entry_t *
2319 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2320     struct rwlock **lockp)
2321 {
2322         pd_entry_t *l1, *l2;
2323         vm_page_t l2pg;
2324         vm_pindex_t l2pindex;
2325
2326         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2327             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2328
2329 retry:
2330         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2331         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2332                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2333                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2334                         /* Add a reference to the L2 page. */
2335                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2336                         l2pg->ref_count++;
2337                 } else
2338                         l2pg = NULL;
2339         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2340                 /* Allocate a L2 page. */
2341                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2342                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2343                 if (l2pg == NULL) {
2344                         if (lockp != NULL)
2345                                 goto retry;
2346                         else
2347                                 return (NULL);
2348                 }
2349                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2350                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2351         } else
2352                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2353                     va);
2354         *l2pgp = l2pg;
2355         return (l2);
2356 }
2357
2358 static vm_page_t
2359 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2360 {
2361         vm_pindex_t ptepindex;
2362         pd_entry_t *pde, tpde;
2363 #ifdef INVARIANTS
2364         pt_entry_t *pte;
2365 #endif
2366         vm_page_t m;
2367         int lvl;
2368
2369         /*
2370          * Calculate pagetable page index
2371          */
2372         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2373 retry:
2374         /*
2375          * Get the page directory entry
2376          */
2377         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2378
2379         /*
2380          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2381          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2382          * table.
2383          */
2384         switch (lvl) {
2385         case -1:
2386                 break;
2387         case 0:
2388 #ifdef INVARIANTS
2389                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2390                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2391                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2392 #endif
2393                 break;
2394         case 1:
2395 #ifdef INVARIANTS
2396                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2397                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2398                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2399 #endif
2400                 break;
2401         case 2:
2402                 tpde = pmap_load(pde);
2403                 if (tpde != 0) {
2404                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2405                         m->ref_count++;
2406                         return (m);
2407                 }
2408                 break;
2409         default:
2410                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2411         }
2412
2413         /*
2414          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2415          */
2416         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2417         if (m == NULL && lockp != NULL)
2418                 goto retry;
2419
2420         return (m);
2421 }
2422
2423 /***************************************************
2424  * Pmap allocation/deallocation routines.
2425  ***************************************************/
2426
2427 /*
2428  * Release any resources held by the given physical map.
2429  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2430  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2431  */
2432 void
2433 pmap_release(pmap_t pmap)
2434 {
2435         boolean_t rv __diagused;
2436         struct spglist free;
2437         struct asid_set *set;
2438         vm_page_t m;
2439         int asid;
2440
2441         if (pmap->pm_levels != 4) {
2442                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2443                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2444                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2445                     pmap->pm_stats.resident_count));
2446                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2447                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2448
2449                 SLIST_INIT(&free);
2450                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2451                 PMAP_LOCK(pmap);
2452                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2453                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2454                 MPASS(rv == TRUE);
2455                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2456         }
2457
2458         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2459             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2460             pmap->pm_stats.resident_count));
2461         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2462             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2463
2464         set = pmap->pm_asid_set;
2465         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2466
2467         /*
2468          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2469          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2470          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2471          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2472          */
2473         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2474                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2475                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2476                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2477                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2478                             asid < set->asid_set_size,
2479                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2480                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2481                 }
2482                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2483         }
2484
2485         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2486         vm_page_unwire_noq(m);
2487         vm_page_free_zero(m);
2488 }
2489
2490 static int
2491 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2492 {
2493         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2494
2495         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2496 }
2497 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2498     0, 0, kvm_size, "LU",
2499     "Size of KVM");
2500
2501 static int
2502 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2503 {
2504         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2505
2506         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2507 }
2508 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2509     0, 0, kvm_free, "LU",
2510     "Amount of KVM free");
2511
2512 /*
2513  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2514  */
2515 void
2516 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2517 {
2518         vm_paddr_t paddr;
2519         vm_page_t nkpg;
2520         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2521
2522         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2523
2524         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2525         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2526                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2527         while (kernel_vm_end < addr) {
2528                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2529                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2530                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2531
2532                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2533                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2534                         /* We need a new PDP entry */
2535                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2536                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2537                         if (nkpg == NULL)
2538                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2539                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2540                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2541                         dmb(ishst);
2542                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2543                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2544                         continue; /* try again */
2545                 }
2546                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2547                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2548                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2549                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2550                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2551                                 break;
2552                         }
2553                         continue;
2554                 }
2555
2556                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2557                     VM_ALLOC_ZERO);
2558                 if (nkpg == NULL)
2559                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2560                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2561                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2562                 dmb(ishst);
2563                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2564                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2565
2566                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2567                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2568                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2569                         break;
2570                 }
2571         }
2572 }
2573
2574 /***************************************************
2575  * page management routines.
2576  ***************************************************/
2577
2578 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
2579         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
2580         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
2581 };
2582
2583 #ifdef PV_STATS
2584 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2585
2586 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2587         "Current number of pv entry chunks");
2588 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2589         "Current number of pv entry chunks allocated");
2590 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2591         "Current number of pv entry chunks frees");
2592 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2593         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2594
2595 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2596 static int pv_entry_spare;
2597
2598 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2599         "Current number of pv entry frees");
2600 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2601         "Current number of pv entry allocs");
2602 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2603         "Current number of pv entries");
2604 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2605         "Current number of spare pv entries");
2606 #endif
2607
2608 /*
2609  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2610  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2611  * another pv entry chunk.
2612  *
2613  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2614  *
2615  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2616  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2617  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2618  */
2619 static vm_page_t
2620 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
2621 {
2622         struct pv_chunks_list *pvc;
2623         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2624         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2625         struct md_page *pvh;
2626         pd_entry_t *pde;
2627         pmap_t next_pmap, pmap;
2628         pt_entry_t *pte, tpte;
2629         pv_entry_t pv;
2630         vm_offset_t va;
2631         vm_page_t m, m_pc;
2632         struct spglist free;
2633         uint64_t inuse;
2634         int bit, field, freed, lvl;
2635
2636         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2637         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2638
2639         pmap = NULL;
2640         m_pc = NULL;
2641         SLIST_INIT(&free);
2642         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2643         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2644         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2645         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2646
2647         pvc = &pv_chunks[domain];
2648         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2649         pvc->active_reclaims++;
2650         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2651         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2652         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2653             SLIST_EMPTY(&free)) {
2654                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2655                 if (next_pmap == NULL) {
2656                         /*
2657                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2658                          * not our marker, so active_reclaims must be
2659                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2660                          * will not rotate the pv_chunks list.
2661                          */
2662                         goto next_chunk;
2663                 }
2664                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2665
2666                 /*
2667                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2668                  * when both pvc->pvc_lock is owned and the
2669                  * corresponding pmap is locked.
2670                  */
2671                 if (pmap != next_pmap) {
2672                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2673                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2674                         pmap = next_pmap;
2675                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2676                         if (pmap > locked_pmap) {
2677                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2678                                 PMAP_LOCK(pmap);
2679                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2680                                 continue;
2681                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2682                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2683                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2684                                         continue;
2685                                 } else {
2686                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2687                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2688                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2689                                         if (pc == NULL ||
2690                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2691                                                 continue;
2692                                         goto next_chunk;
2693                                 }
2694                         }
2695                 }
2696
2697                 /*
2698                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2699                  */
2700                 freed = 0;
2701                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2702                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2703                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2704                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2705                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2706                                 va = pv->pv_va;
2707                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2708                                 if (lvl != 2)
2709                                         continue;
2710                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2711                                 tpte = pmap_load(pte);
2712                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2713                                         continue;
2714                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2715                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2716                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2717                                         vm_page_dirty(m);
2718                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2719                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
2720                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2721                                 }
2722                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2723                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2724                                 m->md.pv_gen++;
2725                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2726                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2727                                         pvh = page_to_pvh(m);
2728                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2729                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2730                                                     PGA_WRITEABLE);
2731                                         }
2732                                 }
2733                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2734                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2735                                 freed++;
2736                         }
2737                 }
2738                 if (freed == 0) {
2739                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2740                         goto next_chunk;
2741                 }
2742                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2743                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2744                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2745                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2746                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2747                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2748                 if (pc_is_free(pc)) {
2749                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2750                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2751                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2752                         /* Entire chunk is free; return it. */
2753                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2754                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2755                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2756                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2757                         break;
2758                 }
2759                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2760                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2761                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2762                 if (pmap == locked_pmap)
2763                         break;
2764
2765 next_chunk:
2766                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2767                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
2768                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2769                         /*
2770                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2771                          * scan the same pv chunks that could not be
2772                          * freed (because they contained a wired
2773                          * and/or superpage mapping) on every
2774                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2775                          */
2776                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker){
2777                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2778                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2779                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2780                         }
2781                 }
2782         }
2783         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2784         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2785         pvc->active_reclaims--;
2786         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2787         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2788                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2789         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2790                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2791                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2792                 /* Recycle a freed page table page. */
2793                 m_pc->ref_count = 1;
2794         }
2795         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2796         return (m_pc);
2797 }
2798
2799 static vm_page_t
2800 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2801 {
2802         vm_page_t m;
2803         int i, domain;
2804
2805         domain = PCPU_GET(domain);
2806         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2807                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
2808                 if (m != NULL)
2809                         break;
2810                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2811         }
2812
2813         return (m);
2814 }
2815
2816 /*
2817  * free the pv_entry back to the free list
2818  */
2819 static void
2820 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2821 {
2822         struct pv_chunk *pc;
2823         int idx, field, bit;
2824
2825         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2826         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2827         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2828         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2829         pc = pv_to_chunk(pv);
2830         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2831         field = idx / 64;
2832         bit = idx % 64;
2833         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2834         if (!pc_is_free(pc)) {
2835                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2836                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2837                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2838                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2839                 }
2840                 return;
2841         }
2842         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2843         free_pv_chunk(pc);
2844 }
2845
2846 static void
2847 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
2848 {
2849         vm_page_t m;
2850
2851         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2852         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2853         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2854         /* entire chunk is free, return it */
2855         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2856         dump_drop_page(m->phys_addr);
2857         vm_page_unwire_noq(m);
2858         vm_page_free(m);
2859 }
2860
2861 static void
2862 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2863 {
2864         struct pv_chunks_list *pvc;
2865
2866         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
2867         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2868         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2869         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2870         free_pv_chunk_dequeued(pc);
2871 }
2872
2873 static void
2874 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
2875 {
2876         struct pv_chunks_list *pvc;
2877         struct pv_chunk *pc, *npc;
2878         int i;
2879
2880         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2881                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
2882                         continue;
2883                 pvc = &pv_chunks[i];
2884                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2885                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
2886                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2887                 }
2888                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2889         }
2890
2891         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2892                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
2893                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
2894                 }
2895         }
2896 }
2897
2898 /*
2899  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2900  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2901  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2902  * returned.
2903  *
2904  * The given PV list lock may be released.
2905  */
2906 static pv_entry_t
2907 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2908 {
2909         struct pv_chunks_list *pvc;
2910         int bit, field;
2911         pv_entry_t pv;
2912         struct pv_chunk *pc;
2913         vm_page_t m;
2914
2915         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2916         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2917 retry:
2918         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2919         if (pc != NULL) {
2920                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2921                         if (pc->pc_map[field]) {
2922                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2923                                 break;
2924                         }
2925                 }
2926                 if (field < _NPCM) {
2927                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2928                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2929                         /* If this was the last item, move it to tail */
2930                         if (pc_is_full(pc)) {
2931                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2932                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2933                                     pc_list);
2934                         }
2935                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2936                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2937                         return (pv);
2938                 }
2939         }
2940         /* No free items, allocate another chunk */
2941         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2942         if (m == NULL) {
2943                 if (lockp == NULL) {
2944                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2945                         return (NULL);
2946                 }
2947                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2948                 if (m == NULL)
2949                         goto retry;
2950         }
2951         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2952         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2953         dump_add_page(m->phys_addr);
2954         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2955         pc->pc_pmap = pmap;
2956         memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
2957         pc->pc_map[0] &= ~1ul;          /* preallocated bit 0 */
2958         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
2959         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2960         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2961         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2962         pv = &pc->pc_pventry[0];
2963         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2964         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2965         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2966         return (pv);
2967 }
2968
2969 /*
2970  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2971  * exceeds the given count, "needed".
2972  *
2973  * The given PV list lock may be released.
2974  */
2975 static void
2976 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2977 {
2978         struct pv_chunks_list *pvc;
2979         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
2980         struct pv_chunk *pc;
2981         vm_page_t m;
2982         int avail, free, i;
2983         bool reclaimed;
2984
2985         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2986         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2987
2988         /*
2989          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2990          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2991          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2992          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2993          */
2994         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
2995                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
2996 retry:
2997         avail = 0;
2998         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2999                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3000                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3001                 if (free == 0)
3002                         break;
3003                 avail += free;
3004                 if (avail >= needed)
3005                         break;
3006         }
3007         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3008                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3009                 if (m == NULL) {
3010                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3011                         if (m == NULL)
3012                                 goto retry;
3013                         reclaimed = true;
3014                 }
3015                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3016                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3017                 dump_add_page(m->phys_addr);
3018                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3019                 pc->pc_pmap = pmap;
3020                 memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3021                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3022                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
3023                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3024
3025                 /*
3026                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3027                  * If that chunk contained available entries, we need to
3028                  * re-count the number of available entries.
3029                  */
3030                 if (reclaimed)
3031                         goto retry;
3032         }
3033         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3034                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
3035                         continue;
3036                 pvc = &pv_chunks[i];
3037                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3038                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
3039                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3040         }
3041 }
3042
3043 /*
3044  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3045  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3046  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3047  * 2MB page mappings.
3048  */
3049 static __inline pv_entry_t
3050 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3051 {
3052         pv_entry_t pv;
3053
3054         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3055                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3056                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3057                         pvh->pv_gen++;
3058                         break;
3059                 }
3060         }
3061         return (pv);
3062 }
3063
3064 /*
3065  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3066  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3067  * entries for each of the 4KB page mappings.
3068  */
3069 static void
3070 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3071     struct rwlock **lockp)
3072 {
3073         struct md_page *pvh;
3074         struct pv_chunk *pc;
3075         pv_entry_t pv;
3076         vm_offset_t va_last;
3077         vm_page_t m;
3078         int bit, field;
3079
3080         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3081         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
3082             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
3083         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3084             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3085         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3086
3087         /*
3088          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3089          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3090          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3091          */
3092         pvh = pa_to_pvh(pa);
3093         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3094         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
3095         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3096         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3097         m->md.pv_gen++;
3098         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
3099         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
3100         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3101         for (;;) {
3102                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3103                 KASSERT(!pc_is_full(pc), ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
3104                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3105                         while (pc->pc_map[field]) {
3106                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3107                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3108                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3109                                 va += PAGE_SIZE;
3110                                 pv->pv_va = va;
3111                                 m++;
3112                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3113                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
3114                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3115                                 m->md.pv_gen++;
3116                                 if (va == va_last)
3117                                         goto out;
3118                         }
3119                 }
3120                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3121                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3122         }
3123 out:
3124         if (pc_is_full(pc)) {
3125                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3126                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3127         }
3128         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
3129         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
3130 }
3131
3132 /*
3133  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3134  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3135  * page mappings.
3136  */
3137 static void
3138 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3139 {
3140         pv_entry_t pv;
3141
3142         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3143         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3144         free_pv_entry(pmap, pv);
3145 }
3146
3147 /*
3148  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3149  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3150  */
3151 static boolean_t
3152 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3153     struct rwlock **lockp)
3154 {
3155         pv_entry_t pv;
3156
3157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3158         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3159         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3160                 pv->pv_va = va;
3161                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3162                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3163                 m->md.pv_gen++;
3164                 return (TRUE);
3165         } else
3166                 return (FALSE);
3167 }
3168
3169 /*
3170  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3171  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3172  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3173  */
3174 static bool
3175 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
3176     struct rwlock **lockp)
3177 {
3178         struct md_page *pvh;
3179         pv_entry_t pv;
3180         vm_paddr_t pa;
3181
3182         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3183         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3184         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3185             NULL : lockp)) == NULL)
3186                 return (false);
3187         pv->pv_va = va;
3188         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3189         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3190         pvh = pa_to_pvh(pa);
3191         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3192         pvh->pv_gen++;
3193         return (true);
3194 }
3195
3196 static void
3197 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
3198 {
3199         pt_entry_t newl2, oldl2 __diagused;
3200         vm_page_t ml3;
3201         vm_paddr_t ml3pa;
3202
3203         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
3204         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3205         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3206
3207         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3208         if (ml3 == NULL)
3209                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
3210
3211         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
3212         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
3213
3214         /*
3215          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
3216          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
3217          */
3218         if (ml3->valid != 0)
3219                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
3220
3221         /*
3222          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
3223          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3224          */
3225         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3226         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3227             __func__, l2, oldl2));
3228 }
3229
3230 /*
3231  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3232  */
3233 static int
3234 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3235     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3236 {
3237         struct md_page *pvh;
3238         pt_entry_t old_l2;
3239         vm_page_t m, ml3, mt;
3240
3241         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3242         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3243         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3244         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3245             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3246
3247         /*
3248          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3249          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3250          */
3251         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3252
3253         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3254                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3255         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3256         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3257                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3258                 pvh = page_to_pvh(m);
3259                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3260                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3261                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3262                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3263                                 vm_page_dirty(mt);
3264                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3265                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3266                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3267                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3268                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3269                 }
3270         }
3271         if (pmap == kernel_pmap) {
3272                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3273         } else {
3274                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3275                 if (ml3 != NULL) {
3276                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3277                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3278                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3279                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3280                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3281                         ml3->ref_count = 0;
3282                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3283                 }
3284         }
3285         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3286 }
3287
3288 /*
3289  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3290  */
3291 static int
3292 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3293     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3294 {
3295         struct md_page *pvh;
3296         pt_entry_t old_l3;
3297         vm_page_t m;
3298
3299         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3300         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3301         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
3302         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3303                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3304         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3305         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3306                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3307                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3308                         vm_page_dirty(m);
3309                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3310                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3311                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3312                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3313                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3314                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3315                         pvh = page_to_pvh(m);
3316                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3317                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3318                 }
3319         }
3320         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3321 }
3322
3323 /*
3324  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3325  * identified by the given L2 entry.
3326  */
3327 static void
3328 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3329     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3330 {
3331         struct md_page *pvh;
3332         struct rwlock *new_lock;
3333         pt_entry_t *l3, old_l3;
3334         vm_offset_t va;
3335         vm_page_t l3pg, m;
3336
3337         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3338             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3339         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3340             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3341
3342         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3343         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3344             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3345         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3346         va = eva;
3347         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3348                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3349                         if (va != eva) {
3350                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3351                                 va = eva;
3352                         }
3353                         continue;
3354                 }
3355                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3356                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3357                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3358                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3359                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3360                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3361                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3362                                 vm_page_dirty(m);
3363                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3364                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3365                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3366                         if (new_lock != *lockp) {
3367                                 if (*lockp != NULL) {
3368                                         /*
3369                                          * Pending TLB invalidations must be
3370                                          * performed before the PV list lock is
3371                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3372                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3373                                          * could return while a stale TLB entry
3374                                          * still provides access to that page. 
3375                                          */
3376                                         if (va != eva) {
3377                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va,
3378                                                     sva, true);
3379                                                 va = eva;
3380                                         }
3381                                         rw_wunlock(*lockp);
3382                                 }
3383                                 *lockp = new_lock;
3384                                 rw_wlock(*lockp);
3385                         }
3386                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3387                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3388                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3389                                 pvh = page_to_pvh(m);
3390                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3391                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3392                         }
3393                 }
3394                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3395                         /*
3396                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3397                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3398                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3399                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3400                          * of a new valid range consisting of a single page.
3401                          */
3402                         break;
3403                 }
3404                 if (va == eva)
3405                         va = sva;
3406         }
3407         if (va != eva)
3408                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3409 }
3410
3411 /*
3412  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3413  *
3414  *      It is assumed that the start and end are properly
3415  *      rounded to the page size.
3416  */
3417 void
3418 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3419 {
3420         struct rwlock *lock;
3421         vm_offset_t va_next;
3422         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3423         pt_entry_t l3_paddr;
3424         struct spglist free;
3425
3426         /*
3427          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3428          */
3429         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3430                 return;
3431
3432         SLIST_INIT(&free);
3433
3434         PMAP_LOCK(pmap);
3435
3436         lock = NULL;
3437         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3438                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3439                         break;
3440
3441                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3442                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3443                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3444                         if (va_next < sva)
3445                                 va_next = eva;
3446                         continue;
3447                 }
3448
3449                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3450                 if (va_next < sva)
3451                         va_next = eva;
3452                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3453                 if (pmap_load(l1) == 0)
3454                         continue;
3455                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3456                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3457                         KASSERT(va_next <= eva,
3458                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3459                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3460                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3461                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3462                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3463                         pmap_clear(l1);
3464                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3465                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3466                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3467                         continue;
3468                 }
3469
3470                 /*
3471                  * Calculate index for next page table.
3472                  */
3473                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3474                 if (va_next < sva)
3475                         va_next = eva;
3476
3477                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3478                 if (l2 == NULL)
3479                         continue;
3480
3481                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3482
3483                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3484                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3485                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3486                                     &free, &lock);
3487                                 continue;
3488                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3489                             &lock) == NULL)
3490                                 continue;
3491                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3492                 }
3493
3494                 /*
3495                  * Weed out invalid mappings.
3496                  */
3497                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3498                         continue;
3499
3500                 /*
3501                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3502                  * by the current page table page, or to the end of the
3503                  * range being removed.
3504                  */
3505                 if (va_next > eva)
3506                         va_next = eva;
3507
3508                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3509                     &lock);
3510         }
3511         if (lock != NULL)
3512                 rw_wunlock(lock);
3513         PMAP_UNLOCK(pmap);
3514         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3515 }
3516
3517 /*
3518  *      Routine:        pmap_remove_all
3519  *      Function:
3520  *              Removes this physical page from
3521  *              all physical maps in which it resides.
3522  *              Reflects back modify bits to the pager.
3523  *
3524  *      Notes:
3525  *              Original versions of this routine were very
3526  *              inefficient because they iteratively called
3527  *              pmap_remove (slow...)
3528  */
3529
3530 void
3531 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3532 {
3533         struct md_page *pvh;
3534         pv_entry_t pv;
3535         pmap_t pmap;
3536         struct rwlock *lock;
3537         pd_entry_t *pde, tpde;
3538         pt_entry_t *pte, tpte;
3539         vm_offset_t va;
3540         struct spglist free;
3541         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3542
3543         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3544             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3545         SLIST_INIT(&free);
3546         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3547         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3548         rw_wlock(lock);
3549 retry:
3550         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3551                 pmap = PV_PMAP(pv);
3552                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3553                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3554                         rw_wunlock(lock);
3555                         PMAP_LOCK(pmap);
3556                         rw_wlock(lock);
3557                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3558                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3559                                 goto retry;
3560                         }
3561                 }
3562                 va = pv->pv_va;
3563                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
3564                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3565                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3566         }
3567         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3568                 pmap = PV_PMAP(pv);
3569                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3570                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3571                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3572                         md_gen = m->md.pv_gen;
3573                         rw_wunlock(lock);
3574                         PMAP_LOCK(pmap);
3575                         rw_wlock(lock);
3576                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3577                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3578                                 goto retry;
3579                         }
3580                 }
3581                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3582
3583                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3584                 KASSERT(pde != NULL,
3585                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3586                 KASSERT(lvl == 2,
3587                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3588                 tpde = pmap_load(pde);
3589
3590                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3591                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3592                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3593                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3594                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3595                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3596                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3597                 }
3598
3599                 /*
3600                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3601                  */
3602                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3603                         vm_page_dirty(m);
3604                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3605                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3606                 m->md.pv_gen++;
3607                 free_pv_entry(pmap, pv);
3608                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3609         }
3610         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3611         rw_wunlock(lock);
3612         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3613 }
3614
3615 /*
3616  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3617  */
3618 static void
3619 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3620     pt_entry_t nbits)
3621 {
3622         pd_entry_t old_l2;
3623         vm_page_t m, mt;
3624
3625         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3626         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3627         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3628             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3629         old_l2 = pmap_load(l2);
3630         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3631             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3632
3633         /*
3634          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3635          * in place.
3636          */
3637         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3638                 return;
3639
3640         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3641                 cpu_spinwait();
3642
3643         /*
3644          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3645          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3646          * pages.
3647          */
3648         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3649             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3650             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3651                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3652                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3653                         vm_page_dirty(mt);
3654         }
3655
3656         /*
3657          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3658          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3659          */
3660         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3661 }
3662
3663 /*
3664  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3665  * pmap and range
3666  */
3667 static void
3668 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3669     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3670 {
3671         vm_offset_t va, va_next;
3672         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3673         pt_entry_t *l3p, l3;
3674
3675         PMAP_LOCK(pmap);
3676         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3677                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3678                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3679                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3680                         if (va_next < sva)
3681                                 va_next = eva;
3682                         continue;
3683                 }
3684
3685                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3686                 if (va_next < sva)
3687                         va_next = eva;
3688                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3689                 if (pmap_load(l1) == 0)
3690                         continue;
3691                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3692                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3693                         KASSERT(va_next <= eva,
3694                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3695                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3696                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3697                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3698                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3699                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3700                                 if (invalidate)
3701                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3702                         }
3703                         continue;
3704                 }
3705
3706                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3707                 if (va_next < sva)
3708                         va_next = eva;
3709
3710                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3711                 if (pmap_load(l2) == 0)
3712                         continue;
3713
3714                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3715                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3716                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3717                                 continue;
3718                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3719                                 continue;
3720                 }
3721                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3722                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3723
3724                 if (va_next > eva)
3725                         va_next = eva;
3726
3727                 va = va_next;
3728                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3729                     sva += L3_SIZE) {
3730                         l3 = pmap_load(l3p);
3731
3732                         /*
3733                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3734                          * invalid or already has the desired access
3735                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3736                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3737                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3738                          * have the desired restrictions.)
3739                          */
3740                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3741                                 if (va != va_next) {
3742                                         if (invalidate)
3743                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap,
3744                                                     va, sva, true);
3745                                         va = va_next;
3746                                 }
3747                                 continue;
3748                         }
3749
3750                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3751                             nbits))
3752                                 cpu_spinwait();
3753
3754                         /*
3755                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3756                          * update the page's dirty field.
3757                          */
3758                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3759                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3760                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3761                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3762
3763                         if (va == va_next)
3764                                 va = sva;
3765                 }
3766                 if (va != va_next && invalidate)
3767                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3768         }
3769         PMAP_UNLOCK(pmap);
3770 }
3771
3772 /*
3773  *      Set the physical protection on the
3774  *      specified range of this map as requested.
3775  */
3776 void
3777 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3778 {
3779         pt_entry_t mask, nbits;
3780
3781         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3782         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3783         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3784                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3785                 return;
3786         }
3787
3788         mask = nbits = 0;
3789         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3790                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3791                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3792         }
3793         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3794                 mask |= ATTR_S1_XN;
3795                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3796         }
3797         if (mask == 0)
3798                 return;
3799
3800         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3801 }
3802
3803 void
3804 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3805 {
3806
3807         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3808         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
3809
3810         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
3811             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
3812 }
3813
3814 /*
3815  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3816  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3817  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3818  * ordered by this virtual address range.
3819  *
3820  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3821  */
3822 static __inline int
3823 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3824 {
3825
3826         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3827         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3828         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3829 }
3830
3831 /*
3832  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3833  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3834  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3835  * specified virtual address.
3836  */
3837 static __inline vm_page_t
3838 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3839 {
3840
3841         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3842         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3843 }
3844
3845 /*
3846  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3847  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3848  * inconsistent state.
3849  */
3850 static void
3851 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3852     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3853 {
3854         register_t intr;
3855
3856         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3857
3858         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3859                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
3860
3861         /*
3862          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3863          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3864          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3865          */
3866         intr = intr_disable();
3867
3868         /*
3869          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3870          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3871          * lookup the physical address.
3872          */
3873         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3874
3875         /*
3876          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
3877          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
3878          * entries.
3879          */
3880         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
3881
3882         /* Create the new mapping */
3883         pmap_store(pte, newpte);
3884         dsb(ishst);
3885
3886         intr_restore(intr);
3887 }
3888
3889 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3890 /*
3891  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3892  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3893  * for the 2MB page mapping.
3894  */
3895 static void
3896 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3897     struct rwlock **lockp)
3898 {
3899         struct md_page *pvh;
3900         pv_entry_t pv;
3901         vm_offset_t va_last;
3902         vm_page_t m;
3903
3904         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3905             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3906         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3907
3908         /*
3909          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3910          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3911          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3912          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3913          * mappings that is being promoted.
3914          */
3915         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3916         va = va & ~L2_OFFSET;
3917         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3918         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3919         pvh = page_to_pvh(m);
3920         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3921         pvh->pv_gen++;
3922         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3923         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3924         do {
3925                 m++;
3926                 va += PAGE_SIZE;
3927                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3928         } while (va < va_last);
3929 }
3930
3931 /*
3932  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3933  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3934  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3935  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3936  * identical characteristics.
3937  */
3938 static void
3939 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
3940     struct rwlock **lockp)
3941 {
3942         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3943
3944         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3945         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3946
3947         /*
3948          * Examine the first L3E in the specified PTP.  Abort if this L3E is
3949          * ineligible for promotion, invalid, or does not map the first 4KB
3950          * physical page within a 2MB page.
3951          */
3952         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3953         newl2 = pmap_load(firstl3);
3954         if ((newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3955                 return;
3956         if ((newl2 & ((~ATTR_MASK & L2_OFFSET) | ATTR_DESCR_MASK)) != L3_PAGE) {
3957                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3958                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3959                     " in pmap %p", va, pmap);
3960                 return;
3961         }
3962
3963         /*
3964          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
3965          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean L3E before
3966          * possibly aborting the promotion due to other L3E attributes.  Why?
3967          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
3968          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
3969          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
3970          * set AP_RO and clear AF in the L3Es for the rest of [S, E).  Later,
3971          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
3972          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
3973          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
3974          * that is writeable but AP_RO is set and AF is clear in P's L3E.
3975          * Unless we write protect P before aborting the promotion, if and
3976          * when P is finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
3977          * repromotion.
3978          */
3979 setl2:
3980         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3981             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3982                 /*
3983                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
3984                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
3985                  */
3986                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3987                         goto setl2;
3988                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3989         }
3990         if ((newl2 & ATTR_AF) == 0) {
3991                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3992                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3993                     " in pmap %p", va, pmap);
3994                 return;
3995         }
3996
3997         /*
3998          * Examine each of the other L3Es in the specified PTP.  Abort if this
3999          * L3E maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4000          * characteristics to the first L3E.
4001          */
4002         pa = (newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4003         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
4004                 oldl3 = pmap_load(l3);
4005                 if ((oldl3 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) != pa) {
4006                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4007                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4008                             " in pmap %p", va, pmap);
4009                         return;
4010                 }
4011 setl3:
4012                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4013                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4014                         /*
4015                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
4016                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
4017                          * invalidation.
4018                          */
4019                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
4020                             ~ATTR_SW_DBM))
4021                                 goto setl3;
4022                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
4023                 }
4024                 if ((oldl3 & ATTR_MASK) != (newl2 & ATTR_MASK)) {
4025                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4026                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4027                             " in pmap %p", va, pmap);
4028                         return;
4029                 }
4030                 pa -= PAGE_SIZE;
4031         }
4032
4033         /*
4034          * Save the page table page in its current state until the L2
4035          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
4036          * destroyed by pmap_remove_l3().
4037          */
4038         if (mpte == NULL)
4039                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4040         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4041             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4042             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
4043         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
4044             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
4045         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
4046                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4047                 CTR2(KTR_PMAP,
4048                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4049                     pmap);
4050                 return;
4051         }
4052
4053         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4054                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4055
4056         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
4057         newl2 |= L2_BLOCK;
4058
4059         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, va & ~L2_OFFSET, L2_SIZE);
4060
4061         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
4062         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
4063             pmap);
4064 }
4065 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4066
4067 static int
4068 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
4069     int psind)
4070 {
4071         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
4072         vm_page_t mp;
4073
4074         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4075         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
4076             ("psind %d unexpected", psind));
4077         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
4078             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
4079             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
4080
4081 restart:
4082         if (psind == 2) {
4083                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4084
4085                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
4086                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4087                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
4088                         if (mp == NULL) {
4089                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4090                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4091                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4092                                 vm_wait(NULL);
4093                                 PMAP_LOCK(pmap);
4094                                 goto restart;
4095                         }
4096                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4097                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4098                         origpte = pmap_load(l1p);
4099                 } else {
4100                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4101                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4102                         origpte = pmap_load(l1p);
4103                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4104                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
4105                                     ~ATTR_MASK);
4106                                 mp->ref_count++;
4107                         }
4108                 }
4109                 KASSERT(((origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK) &&
4110                     (origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) ||
4111                     (origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
4112                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
4113                     va, origpte, newpte));
4114                 pmap_store(l1p, newpte);
4115         } else /* (psind == 1) */ {
4116                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
4117                 if (l2p == NULL) {
4118                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
4119                         if (mp == NULL) {
4120                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4121                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4122                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4123                                 vm_wait(NULL);
4124                                 PMAP_LOCK(pmap);
4125                                 goto restart;
4126                         }
4127                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
4128                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
4129                         origpte = pmap_load(l2p);
4130                 } else {
4131                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4132                         origpte = pmap_load(l2p);
4133                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4134                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
4135                                     ~ATTR_MASK);
4136                                 mp->ref_count++;
4137                         }
4138                 }
4139                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
4140                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4141                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
4142                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
4143                     va, origpte, newpte));
4144                 pmap_store(l2p, newpte);
4145         }
4146         dsb(ishst);
4147
4148         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4149                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
4150         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4151                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4152         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
4153             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4154                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4155
4156         return (KERN_SUCCESS);
4157 }
4158
4159 /*
4160  *      Insert the given physical page (p) at
4161  *      the specified virtual address (v) in the
4162  *      target physical map with the protection requested.
4163  *
4164  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4165  *      that the related pte can not be reclaimed.
4166  *
4167  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4168  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4169  *      insert this page into the given map NOW.
4170  */
4171 int
4172 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4173     u_int flags, int8_t psind)
4174 {
4175         struct rwlock *lock;
4176         pd_entry_t *pde;
4177         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4178         pt_entry_t *l2, *l3;
4179         pv_entry_t pv;
4180         vm_paddr_t opa, pa;
4181         vm_page_t mpte, om;
4182         boolean_t nosleep;
4183         int lvl, rv;
4184
4185         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4186             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4187
4188         va = trunc_page(va);
4189         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4190                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4191         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4192         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4193         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4194         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4195
4196         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4197                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4198         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4199                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4200                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4201                 else
4202                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4203                 if (pmap != kernel_pmap)
4204                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4205         } else {
4206                 /*
4207                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4208                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4209                  * required to invalidate the I-cache.
4210                  *
4211                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4212                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4213                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4214                  * correctly if it is clear.
4215                  */
4216                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4217                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4218         }
4219         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4220                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4221                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4222                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4223                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4224                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4225                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4226                                 else
4227                                         new_l3 &=
4228                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4229                         }
4230                 }
4231         }
4232
4233         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4234
4235         lock = NULL;
4236         PMAP_LOCK(pmap);
4237         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4238                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4239                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4240                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4241                 if (psind == 2) {
4242                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4243                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4244                 } else /* (psind == 1) */
4245                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4246                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4247                 goto out;
4248         }
4249         if (psind == 1) {
4250                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4251                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4252                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4253                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4254                     flags, m, &lock);
4255                 goto out;
4256         }
4257         mpte = NULL;
4258
4259         /*
4260          * In the case that a page table page is not
4261          * resident, we are creating it here.
4262          */
4263 retry:
4264         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4265         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4266                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4267                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4268                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4269                         mpte->ref_count++;
4270                 }
4271                 goto havel3;
4272         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4273                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4274                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4275                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4276                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4277                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4278                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4279                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4280                                 mpte->ref_count++;
4281                         }
4282                         goto havel3;
4283                 }
4284                 /* We need to allocate an L3 table. */
4285         }
4286         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4287                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4288
4289                 /*
4290                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4291                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4292                  * was created while we slept.
4293                  */
4294                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4295                     nosleep ? NULL : &lock);
4296                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4297                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4298                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4299                         goto out;
4300                 }
4301                 goto retry;
4302         } else
4303                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4304
4305 havel3:
4306         orig_l3 = pmap_load(l3);
4307         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4308         pv = NULL;
4309
4310         /*
4311          * Is the specified virtual address already mapped?
4312          */
4313         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4314                 /*
4315                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
4316                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
4317                  * into EL2 to perform such actions.
4318                  */
4319                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4320                 /*
4321                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4322                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4323                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4324                  * the PT page will be also.
4325                  */
4326                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4327                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4328                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4329                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4330                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4331                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4332
4333                 /*
4334                  * Remove the extra PT page reference.
4335                  */
4336                 if (mpte != NULL) {
4337                         mpte->ref_count--;
4338                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4339                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4340                              " va: 0x%lx", va));
4341                 }
4342
4343                 /*
4344                  * Has the physical page changed?
4345                  */
4346                 if (opa == pa) {
4347                         /*
4348                          * No, might be a protection or wiring change.
4349                          */
4350                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4351                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4352                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4353                         goto validate;
4354                 }
4355
4356                 /*
4357                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4358                  * the mapping.
4359                  */
4360                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4361                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4362                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4363                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4364                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4365
4366                         /*
4367                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4368                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4369                          * pmap_ts_referenced().
4370                          */
4371                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4372                                 vm_page_dirty(om);
4373                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4374                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
4375                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4376                         }
4377                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4378                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4379                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4380                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4381                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4382                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4383                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4384                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4385                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4386                 } else {
4387                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4388                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4389                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
4390                 }
4391                 orig_l3 = 0;
4392         } else {
4393                 /*
4394                  * Increment the counters.
4395                  */
4396                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4397                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4398                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4399         }
4400         /*
4401          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4402          */
4403         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4404                 if (pv == NULL) {
4405                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4406                         pv->pv_va = va;
4407                 }
4408                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4409                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4410                 m->md.pv_gen++;
4411                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4412                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4413         }
4414
4415 validate:
4416         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4417                 /*
4418                  * Sync icache if exec permission and attribute
4419                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4420                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4421                  * later, then other can access this page before caches are
4422                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4423                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4424                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4425                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4426                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4427                 */
4428                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4429                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4430                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4431                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4432                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4433                 }
4434         } else {
4435                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4436         }
4437
4438         /*
4439          * Update the L3 entry
4440          */
4441         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4442                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4443                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4444                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4445                         /* same PA, different attributes */
4446                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4447                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
4448                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4449                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4450                                 vm_page_dirty(m);
4451                 } else {
4452                         /*
4453                          * orig_l3 == new_l3
4454                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4455                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4456                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4457                          * cycle.
4458                          * Another possible reasons are:
4459                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4460                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4461                          *   actual mapping.
4462                          */
4463                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4464                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4465                             __func__, pmap, va, new_l3);
4466                 }
4467         } else {
4468                 /* New mapping */
4469                 pmap_store(l3, new_l3);
4470                 dsb(ishst);
4471         }
4472
4473 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4474         /*
4475          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4476          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4477          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4478          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4479          */
4480         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4481             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4482             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4483             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4484                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, mpte, &lock);
4485         }
4486 #endif
4487
4488         rv = KERN_SUCCESS;
4489 out:
4490         if (lock != NULL)
4491                 rw_wunlock(lock);
4492         PMAP_UNLOCK(pmap);
4493         return (rv);
4494 }
4495
4496 /*
4497  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
4498  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
4499  * value.  See pmap_enter_l2() for the possible error values when "no sleep",
4500  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
4501  */
4502 static int
4503 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4504     struct rwlock **lockp)
4505 {
4506         pd_entry_t new_l2;
4507
4508         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4509         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4510         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4511             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4512
4513         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4514             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4515             L2_BLOCK);
4516         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4517                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4518                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4519         }
4520         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4521             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4522                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4523         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4524                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4525         else
4526                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4527         if (pmap != kernel_pmap)
4528                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4529         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4530             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp));
4531 }
4532
4533 /*
4534  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4535  * zero.
4536  */
4537 static bool
4538 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4539 {
4540         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4541
4542         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4543         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4544         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4545                 if (*pte != 0)
4546                         return (false);
4547         }
4548         return (true);
4549 }
4550
4551 /*
4552  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4553  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE, or
4554  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
4555  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB page mapping already exists
4556  * within the 2MB virtual address range starting at the specified virtual
4557  * address.  Returns KERN_NO_SPACE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a
4558  * 2MB page mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4559  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a
4560  * page table page allocation failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified
4561  * and a PV entry allocation failed.
4562  */
4563 static int
4564 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4565     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4566 {
4567         struct spglist free;
4568         pd_entry_t *l2, old_l2;
4569         vm_page_t l2pg, mt;
4570
4571         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4572         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4573             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4574
4575         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4576             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4577                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4578                     va, pmap);
4579                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4580         }
4581
4582         /*
4583          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4584          */
4585         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4586                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4587                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4588                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4589                         if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4590                                 if (l2pg != NULL)
4591                                         l2pg->ref_count--;
4592                                 CTR2(KTR_PMAP,
4593                                     "pmap_enter_l2: no space for va %#lx"
4594                                     " in pmap %p", va, pmap);
4595                                 return (KERN_NO_SPACE);
4596                         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4597                             !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK)) {
4598                                 if (l2pg != NULL)
4599                                         l2pg->ref_count--;
4600                                 CTR2(KTR_PMAP,
4601                                     "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4602                                     " in pmap %p", va, pmap);
4603                                 return (KERN_FAILURE);
4604                         }
4605                 }
4606                 SLIST_INIT(&free);
4607                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4608                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4609                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4610                 else
4611                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4612                             &free, lockp);
4613                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4614                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4615                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4616                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4617                 } else {
4618                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4619                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4620
4621                         /*
4622                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4623                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4624                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4625                          * entry for the kernel page table page, so request
4626                          * an invalidation at all levels after clearing
4627                          * the L2_TABLE entry.
4628                          */
4629                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4630                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4631                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4632                         pmap_clear(l2);
4633                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
4634                 }
4635         }
4636
4637         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4638                 /*
4639                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4640                  */
4641                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4642                         if (l2pg != NULL)
4643                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4644                         CTR2(KTR_PMAP,
4645                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4646                             va, pmap);
4647                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4648                 }
4649                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4650                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4651                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4652         }
4653
4654         /*
4655          * Increment counters.
4656          */
4657         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4658                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4659         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4660
4661         /*
4662          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4663          */
4664         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4665             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4666             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4667                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4668                     L2_SIZE);
4669         }
4670
4671         /*
4672          * Map the superpage.
4673          */
4674         pmap_store(l2, new_l2);
4675         dsb(ishst);
4676
4677         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4678         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4679             va, pmap);
4680
4681         return (KERN_SUCCESS);
4682 }
4683
4684 /*
4685  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4686  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4687  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4688  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4689  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4690  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4691  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4692  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4693  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4694  * corresponding offset from m_start are mapped.
4695  */
4696 void
4697 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4698     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4699 {
4700         struct rwlock *lock;
4701         vm_offset_t va;
4702         vm_page_t m, mpte;
4703         vm_pindex_t diff, psize;
4704         int rv;
4705
4706         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4707
4708         psize = atop(end - start);
4709         mpte = NULL;
4710         m = m_start;
4711         lock = NULL;
4712         PMAP_LOCK(pmap);
4713         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4714                 va = start + ptoa(diff);
4715                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4716                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4717                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
4718                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
4719                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4720                 else
4721                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4722                             &lock);
4723                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4724         }
4725         if (lock != NULL)
4726                 rw_wunlock(lock);
4727         PMAP_UNLOCK(pmap);
4728 }
4729
4730 /*
4731  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4732  * 1. Current pmap & pmap exists.
4733  * 2. Not wired.
4734  * 3. Read access.
4735  * 4. No page table pages.
4736  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4737  */
4738
4739 void
4740 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4741 {
4742         struct rwlock *lock;
4743
4744         lock = NULL;
4745         PMAP_LOCK(pmap);
4746         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4747         if (lock != NULL)
4748                 rw_wunlock(lock);
4749         PMAP_UNLOCK(pmap);
4750 }
4751
4752 static vm_page_t
4753 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4754     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4755 {
4756         pd_entry_t *pde;
4757         pt_entry_t *l1, *l2, *l3, l3_val;
4758         vm_paddr_t pa;
4759         int lvl;
4760
4761         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4762             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4763             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4764         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4765         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4766         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4767             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4768
4769         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4770         /*
4771          * In the case that a page table page is not
4772          * resident, we are creating it here.
4773          */
4774         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4775                 vm_pindex_t l2pindex;
4776
4777                 /*
4778                  * Calculate pagetable page index
4779                  */
4780                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4781                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4782                         mpte->ref_count++;
4783                 } else {
4784                         /*
4785                          * If the page table page is mapped, we just increment
4786                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4787                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
4788                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
4789                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
4790                          * retry.  Instead, we give up.
4791                          */
4792                         l1 = pmap_l1(pmap, va);
4793                         if (l1 != NULL && pmap_load(l1) != 0) {
4794                                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4795                                     L1_BLOCK)
4796                                         return (NULL);
4797                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
4798                                 if (pmap_load(l2) != 0) {
4799                                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4800                                             L2_BLOCK)
4801                                                 return (NULL);
4802                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) &
4803                                             ~ATTR_MASK);
4804                                         mpte->ref_count++;
4805                                 } else {
4806                                         mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex,
4807                                             NULL);
4808                                         if (mpte == NULL)
4809                                                 return (mpte);
4810                                 }
4811                         } else {
4812                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4813                                 if (mpte == NULL)
4814                                         return (mpte);
4815                         }
4816                 }
4817                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4818                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4819         } else {
4820                 mpte = NULL;
4821                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4822                 KASSERT(pde != NULL,
4823                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4824                      va));
4825                 KASSERT(lvl == 2,
4826                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4827                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4828         }
4829
4830         /*
4831          * Abort if a mapping already exists.
4832          */
4833         if (pmap_load(l3) != 0) {
4834                 if (mpte != NULL)
4835                         mpte->ref_count--;
4836                 return (NULL);
4837         }
4838
4839         /*
4840          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4841          */
4842         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4843             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4844                 if (mpte != NULL)
4845                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4846                 return (NULL);
4847         }
4848
4849         /*
4850          * Increment counters
4851          */
4852         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4853
4854         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4855         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4856             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4857         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4858             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4859                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4860         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4861                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4862         else
4863                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4864         if (pmap != kernel_pmap)
4865                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4866
4867         /*
4868          * Now validate mapping with RO protection
4869          */
4870         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4871                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4872                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4873         }
4874
4875         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4876         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4877             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4878                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4879
4880         pmap_store(l3, l3_val);
4881         dsb(ishst);
4882
4883         return (mpte);
4884 }
4885
4886 /*
4887  * This code maps large physical mmap regions into the
4888  * processor address space.  Note that some shortcuts
4889  * are taken, but the code works.
4890  */
4891 void
4892 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4893     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4894 {
4895
4896         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4897         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4898             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4899 }
4900
4901 /*
4902  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4903  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4904  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4905  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4906  *
4907  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4908  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4909  */
4910 void
4911 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4912 {
4913         vm_offset_t va_next;
4914         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4915         pt_entry_t *l3;
4916
4917         PMAP_LOCK(pmap);
4918         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4919                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4920                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4921                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4922                         if (va_next < sva)
4923                                 va_next = eva;
4924                         continue;
4925                 }
4926
4927                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4928                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4929                 if (va_next < sva)
4930                         va_next = eva;
4931                 if (pmap_load(l1) == 0)
4932                         continue;
4933
4934                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4935                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4936                         KASSERT(va_next <= eva,
4937                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4938                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4939                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4940                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4941                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4942                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4943                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4944                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4945                         continue;
4946                 }
4947
4948                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4949                 if (va_next < sva)
4950                         va_next = eva;
4951
4952                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4953                 if (pmap_load(l2) == 0)
4954                         continue;
4955
4956                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4957                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4958                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4959                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4960
4961                         /*
4962                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4963                          * demote the mapping and fall through.
4964                          */
4965                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4966                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4967                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4968                                     PAGE_SIZE;
4969                                 continue;
4970                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4971                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4972                 }
4973                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4974                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4975
4976                 if (va_next > eva)
4977                         va_next = eva;
4978                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4979                     sva += L3_SIZE) {
4980                         if (pmap_load(l3) == 0)
4981                                 continue;
4982                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4983                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4984                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4985
4986                         /*
4987                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4988                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4989                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4990                          */
4991                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4992                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4993                 }
4994         }
4995         PMAP_UNLOCK(pmap);
4996 }
4997
4998 /*
4999  *      Copy the range specified by src_addr/len
5000  *      from the source map to the range dst_addr/len
5001  *      in the destination map.
5002  *
5003  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5004  *
5005  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
5006  *      it should not have to flush the instruction cache.
5007  */
5008 void
5009 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5010     vm_offset_t src_addr)
5011 {
5012         struct rwlock *lock;
5013         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
5014         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
5015         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
5016         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
5017
5018         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
5019         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
5020
5021         if (dst_addr != src_addr)
5022                 return;
5023         end_addr = src_addr + len;
5024         lock = NULL;
5025         if (dst_pmap < src_pmap) {
5026                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5027                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5028         } else {
5029                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5030                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5031         }
5032         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5033                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
5034                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5035                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5036                         if (va_next < addr)
5037                                 va_next = end_addr;
5038                         continue;
5039                 }
5040
5041                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5042                 if (va_next < addr)
5043                         va_next = end_addr;
5044                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
5045                 if (pmap_load(l1) == 0)
5046                         continue;
5047                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5048                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5049                         KASSERT(va_next <= end_addr,
5050                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5051                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5052                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5053                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
5054                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5055                         if (l1 == NULL) {
5056                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
5057                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
5058                                         break;
5059                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5060                         } else {
5061                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
5062                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
5063                                     ~ATTR_MASK);
5064                                 dst_m->ref_count++;
5065                         }
5066                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
5067                             ("1G mapping present in dst pmap "
5068                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5069                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5070                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
5071                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
5072                         continue;
5073                 }
5074
5075                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5076                 if (va_next < addr)
5077                         va_next = end_addr;
5078                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
5079                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
5080                 if (srcptepaddr == 0)
5081                         continue;
5082                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5083                         /*
5084                          * We can only virtual copy whole superpages.
5085                          */
5086                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
5087                             addr + L2_SIZE > end_addr)
5088                                 continue;
5089                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
5090                         if (l2 == NULL)
5091                                 break;
5092                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
5093                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
5094                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5095                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5096                                 /*
5097                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5098                                  * managed read/write superpage mappings are
5099                                  * required to be dirty.  However, managed
5100                                  * superpage mappings are not required to
5101                                  * have their accessed bit set, so we clear
5102                                  * it because we don't know if this mapping
5103                                  * will be used.
5104                                  */
5105                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5106                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5107                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5108                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5109                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5110                                     PAGE_SIZE);
5111                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5112                         } else
5113                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5114                         continue;
5115                 }
5116                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5117                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5118                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5119                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5120                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5121                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5122                 if (va_next > end_addr)
5123                         va_next = end_addr;
5124                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5125                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5126                 dstmpte = NULL;
5127                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5128                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5129
5130                         /*
5131                          * We only virtual copy managed pages.
5132                          */
5133                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5134                                 continue;
5135
5136                         if (dstmpte != NULL) {
5137                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5138                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5139                                 dstmpte->ref_count++;
5140                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5141                             NULL)) == NULL)
5142                                 goto out;
5143                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5144                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5145                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5146                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5147                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5148                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5149                                 /*
5150                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5151                                  * (referenced) bits during the copy.
5152                                  */
5153                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5154                                 nbits = 0;
5155                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5156                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5157                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5158                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5159                         } else {
5160                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5161                                 goto out;
5162                         }
5163                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5164                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5165                                 break;
5166                 }
5167         }
5168 out:
5169         /*
5170          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5171          * not active.
5172          */
5173         dsb(ishst);
5174
5175         if (lock != NULL)
5176                 rw_wunlock(lock);
5177         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5178         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5179 }
5180
5181 /*
5182  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5183  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5184  */
5185 void
5186 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5187 {
5188         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5189
5190         pagezero((void *)va);
5191 }
5192
5193 /*
5194  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5195  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5196  *
5197  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5198  */
5199 void
5200 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5201 {
5202         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5203
5204         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5205                 pagezero((void *)va);
5206         else
5207                 bzero((char *)va + off, size);
5208 }
5209
5210 /*
5211  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5212  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5213  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5214  *      time.
5215  */
5216 void
5217 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5218 {
5219         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5220         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5221
5222         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5223 }
5224
5225 int unmapped_buf_allowed = 1;
5226
5227 void
5228 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5229     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5230 {
5231         void *a_cp, *b_cp;
5232         vm_page_t m_a, m_b;
5233         vm_paddr_t p_a, p_b;
5234         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5235         int cnt;
5236
5237         while (xfersize > 0) {
5238                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5239                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5240                 p_a = m_a->phys_addr;
5241                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5242                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5243                 p_b = m_b->phys_addr;
5244                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5245                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5246                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5247                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5248                 } else {
5249                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5250                 }
5251                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5252                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5253                 } else {
5254                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5255                 }
5256                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5257                 a_offset += cnt;
5258                 b_offset += cnt;
5259                 xfersize -= cnt;
5260         }
5261 }
5262
5263 vm_offset_t
5264 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5265 {
5266
5267         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5268 }
5269
5270 void
5271 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5272 {
5273 }
5274
5275 /*
5276  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5277  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5278  * be changed upwards or downwards in the future; it
5279  * is only necessary that true be returned for a small
5280  * subset of pmaps for proper page aging.
5281  */
5282 boolean_t
5283 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5284 {
5285         struct md_page *pvh;
5286         struct rwlock *lock;
5287         pv_entry_t pv;
5288         int loops = 0;
5289         boolean_t rv;
5290
5291         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5292             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5293         rv = FALSE;
5294         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5295         rw_rlock(lock);
5296         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5297                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5298                         rv = TRUE;
5299                         break;
5300                 }
5301                 loops++;
5302                 if (loops >= 16)
5303                         break;
5304         }
5305         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5306                 pvh = page_to_pvh(m);
5307                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->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         }
5317         rw_runlock(lock);
5318         return (rv);
5319 }
5320
5321 /*
5322  *      pmap_page_wired_mappings:
5323  *
5324  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5325  *      that are wired.
5326  */
5327 int
5328 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5329 {
5330         struct rwlock *lock;
5331         struct md_page *pvh;
5332         pmap_t pmap;
5333         pt_entry_t *pte;
5334         pv_entry_t pv;
5335         int count, md_gen, pvh_gen;
5336
5337         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5338                 return (0);
5339         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5340         rw_rlock(lock);
5341 restart:
5342         count = 0;
5343         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5344                 pmap = PV_PMAP(pv);
5345                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5346                         md_gen = m->md.pv_gen;
5347                         rw_runlock(lock);
5348                         PMAP_LOCK(pmap);
5349                         rw_rlock(lock);
5350                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5351                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5352                                 goto restart;
5353                         }
5354                 }
5355                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5356                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5357                         count++;
5358                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5359         }
5360         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5361                 pvh = page_to_pvh(m);
5362                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5363                         pmap = PV_PMAP(pv);
5364                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5365                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5366                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5367                                 rw_runlock(lock);
5368                                 PMAP_LOCK(pmap);
5369                                 rw_rlock(lock);
5370                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5371                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5372                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5373                                         goto restart;
5374                                 }
5375                         }
5376                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5377                         if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5378                                 count++;
5379                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5380                 }
5381         }
5382         rw_runlock(lock);
5383         return (count);
5384 }
5385
5386 /*
5387  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5388  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5389  */
5390 bool
5391 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5392 {
5393         struct rwlock *lock;
5394         bool rv;
5395
5396         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5397                 return (false);
5398         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5399         rw_rlock(lock);
5400         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5401             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5402             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5403         rw_runlock(lock);
5404         return (rv);
5405 }
5406
5407 /*
5408  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5409  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5410  * caller.
5411  *
5412  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5413  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5414  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5415  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5416  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5417  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5418  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5419  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5420  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5421  * this function starts.
5422  */
5423 void
5424 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5425 {
5426         pd_entry_t *pde;
5427         pt_entry_t *pte, tpte;
5428         struct spglist free;
5429         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
5430         vm_page_t m, ml3, mt;
5431         pv_entry_t pv;
5432         struct md_page *pvh;
5433         struct pv_chunk *pc, *npc;
5434         struct rwlock *lock;
5435         int64_t bit;
5436         uint64_t inuse, bitmask;
5437         int allfree, field, i, idx, lvl;
5438         int freed __pvused;
5439         vm_paddr_t pa;
5440
5441         lock = NULL;
5442
5443         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5444                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
5445         SLIST_INIT(&free);
5446         PMAP_LOCK(pmap);
5447         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5448                 allfree = 1;
5449                 freed = 0;
5450                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5451                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5452                         while (inuse != 0) {
5453                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5454                                 bitmask = 1UL << bit;
5455                                 idx = field * 64 + bit;
5456                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5457                                 inuse &= ~bitmask;
5458
5459                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5460                                 KASSERT(pde != NULL,
5461                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5462
5463                                 switch(lvl) {
5464                                 case 1:
5465                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5466                                         tpte = pmap_load(pte); 
5467                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5468                                             L2_BLOCK,
5469                                             ("Attempting to remove an invalid "
5470                                             "block: %lx", tpte));
5471                                         break;
5472                                 case 2:
5473                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5474                                         tpte = pmap_load(pte);
5475                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5476                                             L3_PAGE,
5477                                             ("Attempting to remove an invalid "
5478                                              "page: %lx", tpte));
5479                                         break;
5480                                 default:
5481                                         panic(
5482                                             "Invalid page directory level: %d",
5483                                             lvl);
5484                                 }
5485
5486 /*
5487  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5488  */
5489                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5490                                         allfree = 0;
5491                                         continue;
5492                                 }
5493
5494                                 /* Mark free */
5495                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5496
5497                                 /*
5498                                  * Because this pmap is not active on other
5499                                  * processors, the dirty bit cannot have
5500                                  * changed state since we last loaded pte.
5501                                  */
5502                                 pmap_clear(pte);
5503
5504                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5505
5506                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5507                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5508                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5509                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5510                                     (uintmax_t)tpte));
5511
5512                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5513                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5514                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5515                                     (uintmax_t)tpte));
5516
5517                                 /*
5518                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5519                                  */
5520                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5521                                         switch (lvl) {
5522                                         case 1:
5523                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5524                                                         vm_page_dirty(mt);
5525                                                 break;
5526                                         case 2:
5527                                                 vm_page_dirty(m);
5528                                                 break;
5529                                         }
5530                                 }
5531
5532                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5533
5534                                 switch (lvl) {
5535                                 case 1:
5536                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5537                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5538                                         pvh = page_to_pvh(m);
5539                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5540                                         pvh->pv_gen++;
5541                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5542                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5543                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5544                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5545                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5546                                         }
5547                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5548                                             pv->pv_va);
5549                                         if (ml3 != NULL) {
5550                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5551                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5552                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5553                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5554                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5555                                                 ml3->ref_count = 0;
5556                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5557                                                     &free, FALSE);
5558                                         }
5559                                         break;
5560                                 case 2:
5561                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5562                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5563                                             pv_next);
5564                                         m->md.pv_gen++;
5565                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5566                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5567                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5568                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5569                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5570                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5571                                                             PGA_WRITEABLE);
5572                                         }
5573                                         break;
5574                                 }
5575                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5576                                     &free);
5577                                 freed++;
5578                         }
5579                 }
5580                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5581                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5582                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5583                 if (allfree) {
5584                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5585                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc,
5586                             pc_list);
5587                 }
5588         }
5589         if (lock != NULL)
5590                 rw_wunlock(lock);
5591         pmap_s1_invalidate_all(pmap);
5592         free_pv_chunk_batch(free_chunks);
5593         PMAP_UNLOCK(pmap);
5594         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5595 }
5596
5597 /*
5598  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5599  */
5600 static boolean_t
5601 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5602 {
5603         struct rwlock *lock;
5604         pv_entry_t pv;
5605         struct md_page *pvh;
5606         pt_entry_t *pte, mask, value;
5607         pmap_t pmap;
5608         int md_gen, pvh_gen;
5609         boolean_t rv;
5610
5611         rv = FALSE;
5612         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5613         rw_rlock(lock);
5614 restart:
5615         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5616                 pmap = PV_PMAP(pv);
5617                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5618                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5619                         md_gen = m->md.pv_gen;
5620                         rw_runlock(lock);
5621                         PMAP_LOCK(pmap);
5622                         rw_rlock(lock);
5623                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5624                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5625                                 goto restart;
5626                         }
5627                 }
5628                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5629                 mask = 0;
5630                 value = 0;
5631                 if (modified) {
5632                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5633                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5634                 }
5635                 if (accessed) {
5636                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5637                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5638                 }
5639                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5640                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5641                 if (rv)
5642                         goto out;
5643         }
5644         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5645                 pvh = page_to_pvh(m);
5646                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5647                         pmap = PV_PMAP(pv);
5648                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5649                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5650                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5651                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5652                                 rw_runlock(lock);
5653                                 PMAP_LOCK(pmap);
5654                                 rw_rlock(lock);
5655                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5656                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5657                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5658                                         goto restart;
5659                                 }
5660                         }
5661                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5662                         mask = 0;
5663                         value = 0;
5664                         if (modified) {
5665                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5666                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5667                         }
5668                         if (accessed) {
5669                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5670                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5671                         }
5672                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5673                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5674                         if (rv)
5675                                 goto out;
5676                 }
5677         }
5678 out:
5679         rw_runlock(lock);
5680         return (rv);
5681 }
5682
5683 /*
5684  *      pmap_is_modified:
5685  *
5686  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5687  *      in any physical maps.
5688  */
5689 boolean_t
5690 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5691 {
5692
5693         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5694             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5695
5696         /*
5697          * If the page is not busied then this check is racy.
5698          */
5699         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5700                 return (FALSE);
5701         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5702 }
5703
5704 /*
5705  *      pmap_is_prefaultable:
5706  *
5707  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5708  *      for prefault.
5709  */
5710 boolean_t
5711 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5712 {
5713         pd_entry_t *pde;
5714         pt_entry_t *pte;
5715         boolean_t rv;
5716         int lvl;
5717
5718         /*
5719          * Return TRUE if and only if the L3 entry for the specified virtual
5720          * address is allocated but invalid.
5721          */
5722         rv = FALSE;
5723         PMAP_LOCK(pmap);
5724         pde = pmap_pde(pmap, addr, &lvl);
5725         if (pde != NULL && lvl == 2) {
5726                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, addr);
5727                 rv = pmap_load(pte) == 0;
5728         }
5729         PMAP_UNLOCK(pmap);
5730         return (rv);
5731 }
5732
5733 /*
5734  *      pmap_is_referenced:
5735  *
5736  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5737  *      in any physical maps.
5738  */
5739 boolean_t
5740 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5741 {
5742
5743         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5744             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5745         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5746 }
5747
5748 /*
5749  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5750  */
5751 void
5752 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5753 {
5754         struct md_page *pvh;
5755         pmap_t pmap;
5756         struct rwlock *lock;
5757         pv_entry_t next_pv, pv;
5758         pt_entry_t oldpte, *pte;
5759         vm_offset_t va;
5760         int md_gen, pvh_gen;
5761
5762         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5763             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5764         vm_page_assert_busied(m);
5765
5766         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5767                 return;
5768         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5769         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5770         rw_wlock(lock);
5771 retry:
5772         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5773                 pmap = PV_PMAP(pv);
5774                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5775                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5776                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5777                         rw_wunlock(lock);
5778                         PMAP_LOCK(pmap);
5779                         rw_wlock(lock);
5780                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5781                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5782                                 goto retry;
5783                         }
5784                 }
5785                 va = pv->pv_va;
5786                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5787                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5788                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5789                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5790                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5791                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5792                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5793         }
5794         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5795                 pmap = PV_PMAP(pv);
5796                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5797                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5798                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5799                         md_gen = m->md.pv_gen;
5800                         rw_wunlock(lock);
5801                         PMAP_LOCK(pmap);
5802                         rw_wlock(lock);
5803                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5804                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5805                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5806                                 goto retry;
5807                         }
5808                 }
5809                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5810                 oldpte = pmap_load(pte);
5811                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5812                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5813                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5814                                 cpu_spinwait();
5815                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5816                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5817                                 vm_page_dirty(m);
5818                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5819                 }
5820                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5821         }
5822         rw_wunlock(lock);
5823         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5824 }
5825
5826 /*
5827  *      pmap_ts_referenced:
5828  *
5829  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5830  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5831  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5832  *      reference bits set.
5833  *
5834  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5835  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5836  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5837  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5838  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5839  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5840  *      to pmap_is_modified().
5841  */
5842 int
5843 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5844 {
5845         struct md_page *pvh;
5846         pv_entry_t pv, pvf;
5847         pmap_t pmap;
5848         struct rwlock *lock;
5849         pt_entry_t *pte, tpte;
5850         vm_offset_t va;
5851         vm_paddr_t pa;
5852         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5853         struct spglist free;
5854
5855         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5856             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5857         SLIST_INIT(&free);
5858         cleared = 0;
5859         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5860         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5861         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5862         rw_wlock(lock);
5863 retry:
5864         not_cleared = 0;
5865         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5866                 goto small_mappings;
5867         pv = pvf;
5868         do {
5869                 if (pvf == NULL)
5870                         pvf = pv;
5871                 pmap = PV_PMAP(pv);
5872                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5873                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5874                         rw_wunlock(lock);
5875                         PMAP_LOCK(pmap);
5876                         rw_wlock(lock);
5877                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5878                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5879                                 goto retry;
5880                         }
5881                 }
5882                 va = pv->pv_va;
5883                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5884                 tpte = pmap_load(pte);
5885                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5886                         /*
5887                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5888                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5889                          * we only update the 4KB page under test.
5890                          */
5891                         vm_page_dirty(m);
5892                 }
5893                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5894                         /*
5895                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5896                          * it should not be cleared every time it is tested.
5897                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5898                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5899                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5900                          * which testing the reference bit will result in
5901                          * clearing that reference bit.  This function is
5902                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5903                          * for every 2MB page mapping.
5904                          *
5905                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5906                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5907                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5908                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5909                          * since the superpage is wired, the current state of
5910                          * its reference bit won't affect page replacement.
5911                          */
5912                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
5913                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5914                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5915                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5916                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
5917                                 cleared++;
5918                         } else
5919                                 not_cleared++;
5920                 }
5921                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5922                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5923                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5924                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5925                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5926                         pvh->pv_gen++;
5927                 }
5928                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5929                         goto out;
5930         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5931 small_mappings:
5932         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5933                 goto out;
5934         pv = pvf;
5935         do {
5936                 if (pvf == NULL)
5937                         pvf = pv;
5938                 pmap = PV_PMAP(pv);
5939                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5940                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5941                         md_gen = m->md.pv_gen;
5942                         rw_wunlock(lock);
5943                         PMAP_LOCK(pmap);
5944                         rw_wlock(lock);
5945                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5946                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5947                                 goto retry;
5948                         }
5949                 }
5950                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5951                 tpte = pmap_load(pte);
5952                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5953                         vm_page_dirty(m);
5954                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5955                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5956                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5957                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5958                                 cleared++;
5959                         } else
5960                                 not_cleared++;
5961                 }
5962                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5963                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5964                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5965                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5966                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5967                         m->md.pv_gen++;
5968                 }
5969         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5970             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5971 out:
5972         rw_wunlock(lock);
5973         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5974         return (cleared + not_cleared);
5975 }
5976
5977 /*
5978  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5979  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5980  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5981  */
5982 void
5983 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5984 {
5985         struct rwlock *lock;
5986         vm_offset_t va, va_next;
5987         vm_page_t m;
5988         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5989         pt_entry_t *l3, oldl3;
5990
5991         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5992
5993         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5994                 return;
5995
5996         PMAP_LOCK(pmap);
5997         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5998                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5999                 if (pmap_load(l0) == 0) {
6000                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
6001                         if (va_next < sva)
6002                                 va_next = eva;
6003                         continue;
6004                 }
6005
6006                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
6007                 if (va_next < sva)
6008                         va_next = eva;
6009                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
6010                 if (pmap_load(l1) == 0)
6011                         continue;
6012                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6013                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6014                         continue;
6015                 }
6016
6017                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
6018                 if (va_next < sva)
6019                         va_next = eva;
6020                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
6021                 oldl2 = pmap_load(l2);
6022                 if (oldl2 == 0)
6023                         continue;
6024                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6025                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
6026                                 continue;
6027                         lock = NULL;
6028                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
6029                                 if (lock != NULL)
6030                                         rw_wunlock(lock);
6031
6032                                 /*
6033                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
6034                                  */
6035                                 continue;
6036                         }
6037
6038                         /*
6039                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6040                          * mapping to a single page so that a subsequent
6041                          * access may repromote.  Choosing the last page
6042                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
6043                          * generally results in more repromotions.  Since the
6044                          * underlying page table page is fully populated, this
6045                          * removal never frees a page table page.
6046                          */
6047                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6048                                 va = eva;
6049                                 if (va > va_next)
6050                                         va = va_next;
6051                                 va -= PAGE_SIZE;
6052                                 KASSERT(va >= sva,
6053                                     ("pmap_advise: no address gap"));
6054                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6055                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
6056                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6057                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
6058                                     NULL, &lock);
6059                         }
6060                         if (lock != NULL)
6061                                 rw_wunlock(lock);
6062                 }
6063                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
6064                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
6065                 if (va_next > eva)
6066                         va_next = eva;
6067                 va = va_next;
6068                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
6069                     sva += L3_SIZE) {
6070                         oldl3 = pmap_load(l3);
6071                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
6072                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
6073                                 goto maybe_invlrng;
6074                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
6075                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6076                                         /*
6077                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6078                                          * can be avoided by making the page
6079                                          * dirty now.
6080                                          */
6081                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
6082                                         vm_page_dirty(m);
6083                                 }
6084                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6085                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
6086                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6087                                         cpu_spinwait();
6088                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
6089                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
6090                         else
6091                                 goto maybe_invlrng;
6092                         if (va == va_next)
6093                                 va = sva;
6094                         continue;
6095 maybe_invlrng:
6096                         if (va != va_next) {
6097                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6098                                 va = va_next;
6099                         }
6100                 }
6101                 if (va != va_next)
6102                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6103         }
6104         PMAP_UNLOCK(pmap);
6105 }
6106
6107 /*
6108  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6109  */
6110 void
6111 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6112 {
6113         struct md_page *pvh;
6114         struct rwlock *lock;
6115         pmap_t pmap;
6116         pv_entry_t next_pv, pv;
6117         pd_entry_t *l2, oldl2;
6118         pt_entry_t *l3, oldl3;
6119         vm_offset_t va;
6120         int md_gen, pvh_gen;
6121
6122         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6123             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6124         vm_page_assert_busied(m);
6125
6126         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6127                 return;
6128         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6129         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6130         rw_wlock(lock);
6131 restart:
6132         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6133                 pmap = PV_PMAP(pv);
6134                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6135                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6136                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6137                         rw_wunlock(lock);
6138                         PMAP_LOCK(pmap);
6139                         rw_wlock(lock);
6140                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6141                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6142                                 goto restart;
6143                         }
6144                 }
6145                 va = pv->pv_va;
6146                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6147                 oldl2 = pmap_load(l2);
6148                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6149                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6150                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6151                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6152                         /*
6153                          * Write protect the mapping to a single page so that
6154                          * a subsequent write access may repromote.
6155                          */
6156                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6157                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6158                         oldl3 = pmap_load(l3);
6159                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6160                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6161                                 cpu_spinwait();
6162                         vm_page_dirty(m);
6163                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
6164                 }
6165                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6166         }
6167         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6168                 pmap = PV_PMAP(pv);
6169                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6170                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6171                         md_gen = m->md.pv_gen;
6172                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6173                         rw_wunlock(lock);
6174                         PMAP_LOCK(pmap);
6175                         rw_wlock(lock);
6176                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6177                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6178                                 goto restart;
6179                         }
6180                 }
6181                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6182                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6183                 oldl3 = pmap_load(l3);
6184                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6185                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6186                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6187                 }
6188                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6189         }
6190         rw_wunlock(lock);
6191 }
6192
6193 void *
6194 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6195 {
6196         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6197         vm_offset_t va, offset;
6198         pd_entry_t *pde;
6199         pt_entry_t *l2;
6200         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6201
6202         if (!vm_initialized) {
6203                 /*
6204                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6205                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6206                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6207                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6208                  */
6209                  if (size == 0)
6210                          return (NULL);
6211
6212                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6213                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6214                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6215
6216                 offset = pa & L2_OFFSET;
6217
6218                 if (preinit_map_va == 0)
6219                         return (NULL);
6220
6221                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6222
6223                 free_l2_count = 0;
6224                 start_idx = -1;
6225                 /* Find enough free contiguous VA space */
6226                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6227                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6228                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6229                                 /* Not enough space here */
6230                                 free_l2_count = 0;
6231                                 start_idx = -1;
6232                                 continue;
6233                         }
6234
6235                         if (ppim->pa == 0) {
6236                                 /* Free L2 block */
6237                                 if (start_idx == -1)
6238                                         start_idx = i;
6239                                 free_l2_count++;
6240                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6241                                         break;
6242                         }
6243                 }
6244                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6245                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6246
6247                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6248                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6249                         /* Mark entries as allocated */
6250                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6251                         ppim->pa = pa;
6252                         ppim->va = va + offset;
6253                         ppim->size = size;
6254                 }
6255
6256                 /* Map L2 blocks */
6257                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6258                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6259                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6260                         KASSERT(pde != NULL,
6261                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6262                             va));
6263                         KASSERT(lvl == 1,
6264                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6265
6266                         /* Insert L2_BLOCK */
6267                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6268                         pmap_load_store(l2,
6269                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6270                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6271
6272                         va += L2_SIZE;
6273                         pa += L2_SIZE;
6274                 }
6275                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6276
6277                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6278
6279         } else {
6280                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6281                 offset = pa & PAGE_MASK;
6282                 size = round_page(offset + size);
6283
6284                 va = kva_alloc(size);
6285                 if (va == 0)
6286                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6287
6288                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6289                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6290
6291                 /* L3 table is linked */
6292                 va = trunc_page(va);
6293                 pa = trunc_page(pa);
6294                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6295         }
6296
6297         return ((void *)(va + offset));
6298 }
6299
6300 void
6301 pmap_unmapbios(void *p, vm_size_t size)
6302 {
6303         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6304         vm_offset_t offset, tmpsize, va, va_trunc;
6305         pd_entry_t *pde;
6306         pt_entry_t *l2;
6307         int i, lvl, l2_blocks, block;
6308         bool preinit_map;
6309
6310         va = (vm_offset_t)p;
6311         l2_blocks =
6312            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6313         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6314
6315         /* Remove preinit mapping */
6316         preinit_map = false;
6317         block = 0;
6318         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6319                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6320                 if (ppim->va == va) {
6321                         KASSERT(ppim->size == size,
6322                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6323                         ppim->va = 0;
6324                         ppim->pa = 0;
6325                         ppim->size = 0;
6326                         preinit_map = true;
6327                         offset = block * L2_SIZE;
6328                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6329
6330                         /* Remove L2_BLOCK */
6331                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6332                         KASSERT(pde != NULL,
6333                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6334                             va_trunc));
6335                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6336                         pmap_clear(l2);
6337
6338                         if (block == (l2_blocks - 1))
6339                                 break;
6340                         block++;
6341                 }
6342         }
6343         if (preinit_map) {
6344                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6345                 return;
6346         }
6347
6348         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6349         if (vm_initialized) {
6350                 offset = va & PAGE_MASK;
6351                 size = round_page(offset + size);
6352                 va = trunc_page(va);
6353
6354                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6355                 KASSERT(pde != NULL,
6356                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6357                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6358
6359                 /* Unmap and invalidate the pages */
6360                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6361                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6362
6363                 kva_free(va, size);
6364         }
6365 }
6366
6367 /*
6368  * Sets the memory attribute for the specified page.
6369  */
6370 void
6371 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6372 {
6373
6374         m->md.pv_memattr = ma;
6375
6376         /*
6377          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6378          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6379          * required for data coherence.
6380          */
6381         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6382             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6383             m->md.pv_memattr) != 0)
6384                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6385 }
6386
6387 /*
6388  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6389  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6390  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6391  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6392  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6393  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6394  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6395  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6396  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6397  * same physical page have different memory types.
6398  *
6399  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6400  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6401  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6402  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6403  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6404  * virtual address range or the direct map.
6405  */
6406 int
6407 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6408 {
6409         int error;
6410
6411         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6412         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6413         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6414         return (error);
6415 }
6416
6417 /*
6418  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6419  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6420  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6421  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6422  * map are never executable.
6423  */
6424 int
6425 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6426 {
6427         int error;
6428
6429         /* Only supported within the kernel map. */
6430         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6431                 return (EINVAL);
6432
6433         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6434         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6435         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6436         return (error);
6437 }
6438
6439 static int
6440 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6441     int mode, bool skip_unmapped)
6442 {
6443         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6444         vm_size_t pte_size;
6445         vm_paddr_t pa;
6446         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6447         pt_entry_t bits, mask;
6448         int lvl, rv;
6449
6450         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6451         base = trunc_page(va);
6452         offset = va & PAGE_MASK;
6453         size = round_page(offset + size);
6454
6455         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6456             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6457                 return (EINVAL);
6458
6459         bits = 0;
6460         mask = 0;
6461         if (mode != -1) {
6462                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6463                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6464                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6465                         mask |= ATTR_S1_XN;
6466                         bits |= ATTR_S1_XN;
6467                 }
6468         }
6469         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6470                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6471                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6472                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6473                         /*
6474                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6475                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6476                          * instructions.
6477                          */
6478                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6479                 }
6480
6481                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6482                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6483                 }
6484                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6485                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6486                 }
6487                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6488                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6489         }
6490
6491         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6492                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6493                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6494                         return (EINVAL);
6495                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6496                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6497                         /*
6498                          * We already have the correct attribute or there
6499                          * is no memory mapped at this address and we are
6500                          * skipping unmapped memory.
6501                          */
6502                         switch (lvl) {
6503                         default:
6504                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6505                         case 1:
6506                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6507                                 break;
6508                         case 2:
6509                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6510                                 break;
6511                         case 3:
6512                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6513                                 break;
6514                         }
6515                 } else {
6516                         /* We can't demote/promote this entry */
6517                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6518
6519                         /*
6520                          * Split the entry to an level 3 table, then
6521                          * set the new attribute.
6522                          */
6523                         switch (lvl) {
6524                         default:
6525                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6526                         case 1:
6527                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6528                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6529                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6530                                         pte_size = L1_SIZE;
6531                                         break;
6532                                 }
6533                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6534                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6535                                 if (newpte == NULL)
6536                                         return (EINVAL);
6537                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6538                                 /* FALLTHROUGH */
6539                         case 2:
6540                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6541                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6542                                         pte_size = L2_SIZE;
6543                                         break;
6544                                 }
6545                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6546                                     tmpva);
6547                                 if (newpte == NULL)
6548                                         return (EINVAL);
6549                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6550                                 /* FALLTHROUGH */
6551                         case 3:
6552                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6553                                 break;
6554                         }
6555
6556                         /* Update the entry */
6557                         pte = pmap_load(ptep);
6558                         pte &= ~mask;
6559                         pte |= bits;
6560
6561                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6562                             pte_size);
6563
6564                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6565                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6566                                 /*
6567                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6568                                  */
6569                                 rv = pmap_change_props_locked(
6570                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6571                                     prot, mode, true);
6572                                 if (rv != 0)
6573                                         return (rv);
6574                         }
6575
6576                         /*
6577                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6578                          * the cache.
6579                          */
6580                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6581                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6582                         tmpva += pte_size;
6583                 }
6584         }
6585
6586         return (0);
6587 }
6588
6589 /*
6590  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6591  */
6592 static pt_entry_t *
6593 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6594 {
6595         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6596         vm_offset_t tmpl1;
6597         vm_paddr_t l2phys, phys;
6598         vm_page_t ml2;
6599         int i;
6600
6601         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6602         oldl1 = pmap_load(l1);
6603         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6604         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6605             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6606         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6607             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6608         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6609             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6610         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6611             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6612
6613         tmpl1 = 0;
6614         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6615                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6616                 if (tmpl1 == 0)
6617                         return (NULL);
6618         }
6619
6620         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6621             NULL) {
6622                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6623                     " in pmap %p", va, pmap);
6624                 l2 = NULL;
6625                 goto fail;
6626         }
6627
6628         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6629         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6630
6631         /* Address the range points at */
6632         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6633         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6634         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6635
6636         /* Create the new entries */
6637         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6638                 l2[i] = newl2 | phys;
6639                 phys += L2_SIZE;
6640         }
6641         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6642             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6643             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6644
6645         if (tmpl1 != 0) {
6646                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6647                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6648                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6649                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6650         }
6651
6652         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6653
6654 fail:
6655         if (tmpl1 != 0) {
6656                 pmap_kremove(tmpl1);
6657                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6658         }
6659
6660         return (l2);
6661 }
6662
6663 static void
6664 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6665 {
6666         pt_entry_t *l3;
6667
6668         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6669                 *l3 = newl3;
6670                 newl3 += L3_SIZE;
6671         }
6672 }
6673
6674 static void
6675 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6676     struct rwlock **lockp)
6677 {
6678         struct spglist free;
6679
6680         SLIST_INIT(&free);
6681         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6682             lockp);
6683         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6684 }
6685
6686 /*
6687  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6688  */
6689 static pt_entry_t *
6690 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6691     struct rwlock **lockp)
6692 {
6693         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6694         vm_offset_t tmpl2;
6695         vm_paddr_t l3phys;
6696         vm_page_t ml3;
6697
6698         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6699         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6700         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6701             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6702
6703         l3 = NULL;
6704         oldl2 = pmap_load(l2);
6705         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6706             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6707         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6708             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6709         va &= ~L2_OFFSET;
6710
6711         tmpl2 = 0;
6712         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6713                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6714                 if (tmpl2 == 0)
6715                         return (NULL);
6716         }
6717
6718         /*
6719          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6720          * mapping was never accessed.
6721          */
6722         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6723                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6724                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6725                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6726                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6727                     va, pmap);
6728                 goto fail;
6729         }
6730
6731         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6732                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6733                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6734                     " is missing"));
6735
6736                 /*
6737                  * If the page table page is missing and the mapping
6738                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6739                  * either the direct map or the early kernel memory.
6740                  * Page table pages are preallocated for every other
6741                  * part of the kernel address space, so the direct map
6742                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6743                  * kernel address space that must be handled here.
6744                  */
6745                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6746                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6747                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6748
6749                 /*
6750                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6751                  * region of the kernel's address space, then the page
6752                  * allocation request specifies the highest possible
6753                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6754                  * priority is normal.
6755                  */
6756                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6757                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6758                     VM_ALLOC_WIRED);
6759
6760                 /*
6761                  * If the allocation of the new page table page fails,
6762                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6763                  */
6764                 if (ml3 == NULL) {
6765                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6766                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6767                             " in pmap %p", va, pmap);
6768                         goto fail;
6769                 }
6770                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6771
6772                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6773                         ml3->ref_count = NL3PG;
6774                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6775                 }
6776         }
6777         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6778         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6779         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6780         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6781             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6782             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6783
6784         /*
6785          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6786          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6787          *
6788          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6789          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6790          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6791          */
6792         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6793                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6794
6795         /*
6796          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6797          */
6798         if (tmpl2 != 0) {
6799                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6800                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6801                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6802                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6803         }
6804
6805         /*
6806          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6807          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6808          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6809          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6810          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6811          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6812          */
6813         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6814                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6815
6816         /*
6817          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6818          * the 2MB page mapping.
6819          */
6820         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6821
6822         /*
6823          * Demote the PV entry.
6824          */
6825         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6826                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6827
6828         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6829         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6830             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6831
6832 fail:
6833         if (tmpl2 != 0) {
6834                 pmap_kremove(tmpl2);
6835                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6836         }
6837
6838         return (l3);
6839
6840 }
6841
6842 static pt_entry_t *
6843 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6844 {
6845         struct rwlock *lock;
6846         pt_entry_t *l3;
6847
6848         lock = NULL;
6849         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6850         if (lock != NULL)
6851                 rw_wunlock(lock);
6852         return (l3);
6853 }
6854
6855 /*
6856  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6857  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6858  * find other mappings.
6859  */
6860 int
6861 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6862 {
6863         pt_entry_t *pte, tpte;
6864         vm_paddr_t mask, pa;
6865         int lvl, val;
6866         bool managed;
6867
6868         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6869         PMAP_LOCK(pmap);
6870         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6871         if (pte != NULL) {
6872                 tpte = pmap_load(pte);
6873
6874                 switch (lvl) {
6875                 case 3:
6876                         mask = L3_OFFSET;
6877                         break;
6878                 case 2:
6879                         mask = L2_OFFSET;
6880                         break;
6881                 case 1:
6882                         mask = L1_OFFSET;
6883                         break;
6884                 default:
6885                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6886                 }
6887
6888                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6889                 val = MINCORE_INCORE;
6890                 if (lvl != 3)
6891                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6892                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6893                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6894                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6895                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6896                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6897
6898                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6899         } else {
6900                 managed = false;
6901                 val = 0;
6902         }
6903
6904         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6905             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6906                 *pap = pa;
6907         }
6908         PMAP_UNLOCK(pmap);
6909         return (val);
6910 }
6911
6912 /*
6913  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6914  * reserved.
6915  */
6916 static void
6917 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6918 {
6919         pmap_t curpmap;
6920         int asid, cpuid, epoch;
6921         struct asid_set *set;
6922         enum pmap_stage stage;
6923
6924         set = pmap->pm_asid_set;
6925         stage = pmap->pm_stage;
6926
6927         set = pmap->pm_asid_set;
6928         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6929         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6930
6931         /*
6932          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6933          * loads from pc_curpmap are performed.
6934          */
6935         epoch = set->asid_epoch + 1;
6936         if (epoch == INT_MAX)
6937                 epoch = 0;
6938         set->asid_epoch = epoch;
6939         dsb(ishst);
6940         if (stage == PM_STAGE1) {
6941                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6942         } else {
6943                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6944                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6945                     __func__));
6946                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6947         }
6948         dsb(ish);
6949         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6950             set->asid_set_size - 1);
6951         CPU_FOREACH(cpuid) {
6952                 if (cpuid == curcpu)
6953                         continue;
6954                 if (stage == PM_STAGE1) {
6955                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6956                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6957                 } else {
6958                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6959                         if (curpmap == NULL)
6960                                 continue;
6961                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6962                 }
6963                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6964                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6965                 if (asid == -1)
6966                         continue;
6967                 bit_set(set->asid_set, asid);
6968                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6969         }
6970 }
6971
6972 /*
6973  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6974  */
6975 static void
6976 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6977 {
6978         struct asid_set *set;
6979         int new_asid;
6980
6981         set = pmap->pm_asid_set;
6982         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6983
6984         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6985
6986         /*
6987          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6988          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6989          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6990          * don't need to allocate a new ASID.
6991          */
6992         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6993                 goto out;
6994
6995         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6996             &new_asid);
6997         if (new_asid == -1) {
6998                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6999                     set->asid_next, &new_asid);
7000                 if (new_asid == -1) {
7001                         pmap_reset_asid_set(pmap);
7002                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7003                             set->asid_set_size, &new_asid);
7004                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
7005                 }
7006         }
7007         bit_set(set->asid_set, new_asid);
7008         set->asid_next = new_asid + 1;
7009         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
7010 out:
7011         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
7012 }
7013
7014 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
7015
7016 /*
7017  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
7018  * pmap.  This value may change from time to time.
7019  */
7020 uint64_t
7021 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
7022 {
7023         uint64_t ttbr;
7024
7025         ttbr = pmap->pm_ttbr;
7026         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
7027         ttbr |= ttbr_flags;
7028
7029         return (ttbr);
7030 }
7031
7032 static void
7033 pmap_set_cnp(void *arg)
7034 {
7035         uint64_t ttbr0, ttbr1;
7036         u_int cpuid;
7037
7038         cpuid = *(u_int *)arg;
7039         if (cpuid == curcpu) {
7040                 /*
7041                  * Set the flags while all CPUs are handling the
7042                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
7043                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
7044                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
7045                  * to ensure all CPUs can observe this change.
7046                  */
7047                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
7048         }
7049
7050         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
7051         ttbr0 |= TTBR_CnP;
7052
7053         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
7054         ttbr1 |= TTBR_CnP;
7055
7056         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
7057         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
7058         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
7059         isb();
7060         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7061         dsb(ish);
7062         isb();
7063 }
7064
7065 /*
7066  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
7067  * supported on all CPUs.
7068  */
7069 static void
7070 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
7071 {
7072         uint64_t reg;
7073         u_int cpuid;
7074
7075         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
7076                 return;
7077
7078         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
7079                 if (bootverbose)
7080                         printf("Enabling CnP\n");
7081                 cpuid = curcpu;
7082                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
7083         }
7084
7085 }
7086 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
7087
7088 static bool
7089 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
7090 {
7091         struct asid_set *set;
7092         int epoch;
7093
7094         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7095         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7096
7097         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7098             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7099                 /*
7100                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7101                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7102                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7103                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7104                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7105                  * instructions performed on the old processor have completed.
7106                  */
7107                 dsb(ish);
7108                 return (false);
7109         }
7110
7111         set = pmap->pm_asid_set;
7112         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7113
7114         /*
7115          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7116          * load from asid_epoch is performed.
7117          */
7118         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7119                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7120         else
7121                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7122         dsb(ish);
7123         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7124         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7125                 pmap_alloc_asid(pmap);
7126
7127         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7128                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7129                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7130                         invalidate_local_icache();
7131         }
7132         return (true);
7133 }
7134
7135 void
7136 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7137 {
7138
7139         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7140
7141         (void)pmap_activate_int(pmap);
7142 }
7143
7144 void
7145 pmap_activate(struct thread *td)
7146 {
7147         pmap_t  pmap;
7148
7149         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7150         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7151         critical_enter();
7152         (void)pmap_activate_int(pmap);
7153         critical_exit();
7154 }
7155
7156 /*
7157  * Activate the thread we are switching to.
7158  * To simplify the assembly in cpu_throw return the new threads pcb.
7159  */
7160 struct pcb *
7161 pmap_switch(struct thread *new)
7162 {
7163         pcpu_bp_harden bp_harden;
7164         struct pcb *pcb;
7165
7166         /* Store the new curthread */
7167         PCPU_SET(curthread, new);
7168
7169         /* And the new pcb */
7170         pcb = new->td_pcb;
7171         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7172
7173         /*
7174          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7175          * to a user process.
7176          */
7177
7178         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7179                 /*
7180                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7181                  * other processes. This will call into a CPU specific
7182                  * function that clears the branch predictor state.
7183                  */
7184                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7185                 if (bp_harden != NULL)
7186                         bp_harden();
7187         }
7188
7189         return (pcb);
7190 }
7191
7192 void
7193 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7194 {
7195
7196         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7197         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7198             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7199
7200         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7201                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7202         } else {
7203                 u_int len, offset;
7204                 vm_paddr_t pa;
7205
7206                 /* Find the length of data in this page to flush */
7207                 offset = va & PAGE_MASK;
7208                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7209
7210                 while (sz != 0) {
7211                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7212                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7213                         if (pa != 0)
7214                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7215
7216                         /* Move to the next page */
7217                         sz -= len;
7218                         va += len;
7219                         /* Set the length for the next iteration */
7220                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7221                 }
7222         }
7223 }
7224
7225 static int
7226 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7227 {
7228         pd_entry_t *pdep;
7229         pt_entry_t *ptep, pte;
7230         int rv, lvl, dfsc;
7231
7232         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7233         rv = KERN_FAILURE;
7234
7235         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7236         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7237         switch (dfsc) {
7238         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7239         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7240         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7241         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7242                 PMAP_LOCK(pmap);
7243                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7244                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7245                         PMAP_LOCK(pmap);
7246                         break;
7247                 }
7248
7249                 switch (lvl) {
7250                 case 0:
7251                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7252                         break;
7253                 case 1:
7254                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7255                         break;
7256                 case 2:
7257                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7258                         break;
7259                 default:
7260                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7261                 }
7262                 goto fault_exec;
7263
7264         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7265         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7266         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7267                 PMAP_LOCK(pmap);
7268                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7269 fault_exec:
7270                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7271                         if (icache_vmid) {
7272                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7273                         } else {
7274                                 /*
7275                                  * If accessing an executable page invalidate
7276                                  * the I-cache so it will be valid when we
7277                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7278                                  * is assumed to already be clean to the Point
7279                                  * of Coherency.
7280                                  */
7281                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7282                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7283                                         invalidate_icache();
7284                                 }
7285                         }
7286                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7287                         rv = KERN_SUCCESS;
7288                 }
7289                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7290                 break;
7291         }
7292
7293         return (rv);
7294 }
7295
7296 int
7297 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7298 {
7299         pt_entry_t pte, *ptep;
7300         register_t intr;
7301         uint64_t ec, par;
7302         int lvl, rv;
7303
7304         rv = KERN_FAILURE;
7305
7306         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7307         switch (ec) {
7308         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7309         case EXCP_INSN_ABORT:
7310         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7311         case EXCP_DATA_ABORT:
7312                 break;
7313         default:
7314                 return (rv);
7315         }
7316
7317         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7318                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7319
7320         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7321         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7322         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7323         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7324         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7325                 PMAP_LOCK(pmap);
7326                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7327                 if (ptep != NULL) {
7328                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7329                         rv = KERN_SUCCESS;
7330                         /*
7331                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7332                          * dirty if this is a write fault.
7333                          */
7334                 }
7335                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7336                 break;
7337         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7338         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7339         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7340                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7341                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7342                         return (rv);
7343                 PMAP_LOCK(pmap);
7344                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7345                 if (ptep != NULL &&
7346                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7347                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7348                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7349                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7350                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, far, true);
7351                         }
7352                         rv = KERN_SUCCESS;
7353                 }
7354                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7355                 break;
7356         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7357         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7358         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7359         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7360                 /*
7361                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7362                  * produce a transient fault.
7363                  */
7364                 if (pmap == kernel_pmap) {
7365                         /*
7366                          * The translation fault may have occurred within a
7367                          * critical section.  Therefore, we must check the
7368                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7369                          */
7370                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7371                                 rv = KERN_SUCCESS;
7372                 } else {
7373                         PMAP_LOCK(pmap);
7374                         /* Ask the MMU to check the address. */
7375                         intr = intr_disable();
7376                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7377                         intr_restore(intr);
7378                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7379
7380                         /*
7381                          * If the translation was successful, then we can
7382                          * return success to the trap handler.
7383                          */
7384                         if (PAR_SUCCESS(par))
7385                                 rv = KERN_SUCCESS;
7386                 }
7387                 break;
7388         }
7389
7390         return (rv);
7391 }
7392
7393 /*
7394  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7395  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7396  */
7397 void
7398 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7399     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7400 {
7401         vm_offset_t superpage_offset;
7402
7403         if (size < L2_SIZE)
7404                 return;
7405         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7406                 offset += ptoa(object->pg_color);
7407         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7408         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7409             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7410                 return;
7411         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7412                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7413         else
7414                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7415 }
7416
7417 /**
7418  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7419  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7420  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7421  *
7422  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7423  *                    address on the kernel memory map.
7424  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7425  *                    of the pages passed in the page parameter.
7426  * \param count       Number of pages passed in.
7427  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7428  *                    page faults, FALSE otherwise.
7429  *
7430  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7431  *          finished or FALSE otherwise.
7432  *
7433  */
7434 boolean_t
7435 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7436     boolean_t can_fault)
7437 {
7438         vm_paddr_t paddr;
7439         boolean_t needs_mapping;
7440         int error __diagused, i;
7441
7442         /*
7443          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7444          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7445          */
7446         needs_mapping = FALSE;
7447         for (i = 0; i < count; i++) {
7448                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7449                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7450                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7451                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7452                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7453                         needs_mapping = TRUE;
7454                 } else {
7455                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7456                 }
7457         }
7458
7459         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7460         if (!needs_mapping)
7461                 return (FALSE);
7462
7463         if (!can_fault)
7464                 sched_pin();
7465         for (i = 0; i < count; i++) {
7466                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7467                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7468                         panic(
7469                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7470                 }
7471         }
7472
7473         return (needs_mapping);
7474 }
7475
7476 void
7477 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7478     boolean_t can_fault)
7479 {
7480         vm_paddr_t paddr;
7481         int i;
7482
7483         if (!can_fault)
7484                 sched_unpin();
7485         for (i = 0; i < count; i++) {
7486                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7487                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7488                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7489                 }
7490         }
7491 }
7492
7493 boolean_t
7494 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7495 {
7496
7497         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7498 }
7499
7500 /*
7501  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7502  * in various mapping attributes.
7503  */
7504 struct pmap_kernel_map_range {
7505         vm_offset_t sva;
7506         pt_entry_t attrs;
7507         int l3pages;
7508         int l3contig;
7509         int l2blocks;
7510         int l1blocks;
7511 };
7512
7513 static void
7514 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7515     vm_offset_t eva)
7516 {
7517         const char *mode;
7518         int index;
7519
7520         if (eva <= range->sva)
7521                 return;
7522
7523         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7524         switch (index) {
7525         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7526                 mode = "DEV";
7527                 break;
7528         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7529                 mode = "UC";
7530                 break;
7531         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7532                 mode = "WB";
7533                 break;
7534         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7535                 mode = "WT";
7536                 break;
7537         default:
7538                 printf(
7539                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7540                     __func__, index, range->sva, eva);
7541                 mode = "??";
7542                 break;
7543         }
7544
7545         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7546             range->sva, eva,
7547             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7548             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7549             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7550             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7551             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7552             range->l3pages);
7553
7554         /* Reset to sentinel value. */
7555         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7556 }
7557
7558 /*
7559  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7560  * being tracked by the current range.
7561  */
7562 static bool
7563 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7564 {
7565
7566         return (range->attrs == attrs);
7567 }
7568
7569 static void
7570 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7571     pt_entry_t attrs)
7572 {
7573
7574         memset(range, 0, sizeof(*range));
7575         range->sva = va;
7576         range->attrs = attrs;
7577 }
7578
7579 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7580 static pt_entry_t
7581 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7582 {
7583         pt_entry_t attrs;
7584
7585         attrs = 0;
7586         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7587                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7588         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7589                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7590         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7591                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7592
7593         return (attrs);
7594 }
7595
7596 /* Read the block/page attributes we care about */
7597 static pt_entry_t
7598 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7599 {
7600         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7601 }
7602
7603 /*
7604  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7605  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7606  * begin a new run.
7607  */
7608 static void
7609 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7610     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7611     pt_entry_t l3e)
7612 {
7613         pt_entry_t attrs;
7614
7615         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7616
7617         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7618                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7619                 goto done;
7620         }
7621         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7622
7623         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7624                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7625                 goto done;
7626         }
7627         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7628         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7629
7630 done:
7631         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7632                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7633                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7634         }
7635 }
7636
7637 static int
7638 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7639 {
7640         struct pmap_kernel_map_range range;
7641         struct sbuf sbuf, *sb;
7642         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7643         pt_entry_t *l3, l3e;
7644         vm_offset_t sva;
7645         vm_paddr_t pa;
7646         int error, i, j, k, l;
7647
7648         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7649         if (error != 0)
7650                 return (error);
7651         sb = &sbuf;
7652         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7653
7654         /* Sentinel value. */
7655         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7656
7657         /*
7658          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7659          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7660          * observe inconsistencies in the output.
7661          */
7662         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7663             i++) {
7664                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7665                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7666                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7667                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7668
7669                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7670                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7671                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7672                         sva += L0_SIZE;
7673                         continue;
7674                 }
7675                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7676                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7677
7678                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7679                         l1e = l1[j];
7680                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7681                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7682                                 sva += L1_SIZE;
7683                                 continue;
7684                         }
7685                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7686                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
7687                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7688                                     0, 0);
7689                                 range.l1blocks++;
7690                                 sva += L1_SIZE;
7691                                 continue;
7692                         }
7693                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7694                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7695
7696                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7697                                 l2e = l2[k];
7698                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7699                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7700                                         sva += L2_SIZE;
7701                                         continue;
7702                                 }
7703                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7704                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7705                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7706                                         range.l2blocks++;
7707                                         sva += L2_SIZE;
7708                                         continue;
7709                                 }
7710                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7711                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7712
7713                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7714                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7715                                         l3e = l3[l];
7716                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7717                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7718                                                     sva);
7719                                                 continue;
7720                                         }
7721                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7722                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7723                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7724                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7725                                                     1 : 0;
7726                                         else
7727                                                 range.l3pages++;
7728                                 }
7729                         }
7730                 }
7731         }
7732
7733         error = sbuf_finish(sb);
7734         sbuf_delete(sb);
7735         return (error);
7736 }
7737 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7738     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7739     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7740     "Dump kernel address layout");