]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
sqlite3: Vendor import of sqlite3 3.41.2
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/asan.h>
112 #include <sys/bitstring.h>
113 #include <sys/bus.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/limits.h>
118 #include <sys/lock.h>
119 #include <sys/malloc.h>
120 #include <sys/mman.h>
121 #include <sys/msgbuf.h>
122 #include <sys/mutex.h>
123 #include <sys/physmem.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rwlock.h>
126 #include <sys/sbuf.h>
127 #include <sys/sx.h>
128 #include <sys/vmem.h>
129 #include <sys/vmmeter.h>
130 #include <sys/sched.h>
131 #include <sys/sysctl.h>
132 #include <sys/_unrhdr.h>
133 #include <sys/smp.h>
134
135 #include <vm/vm.h>
136 #include <vm/vm_param.h>
137 #include <vm/vm_kern.h>
138 #include <vm/vm_page.h>
139 #include <vm/vm_map.h>
140 #include <vm/vm_object.h>
141 #include <vm/vm_extern.h>
142 #include <vm/vm_pageout.h>
143 #include <vm/vm_pager.h>
144 #include <vm/vm_phys.h>
145 #include <vm/vm_radix.h>
146 #include <vm/vm_reserv.h>
147 #include <vm/vm_dumpset.h>
148 #include <vm/uma.h>
149
150 #include <machine/asan.h>
151 #include <machine/machdep.h>
152 #include <machine/md_var.h>
153 #include <machine/pcb.h>
154
155 #ifdef NUMA
156 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
157 #else
158 #define PMAP_MEMDOM     1
159 #endif
160
161 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
162 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
163
164 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
165 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
166 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
167 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
168
169 #define NUL0E           L0_ENTRIES
170 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
171 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
172
173 #if !defined(DIAGNOSTIC)
174 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
175 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
176 #else
177 #define PMAP_INLINE     extern inline
178 #endif
179 #else
180 #define PMAP_INLINE
181 #endif
182
183 #ifdef PV_STATS
184 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
185 #define __pvused
186 #else
187 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
188 #define __pvused        __unused
189 #endif
190
191 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
192 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
193 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
194
195 #define PMAP_SAN_PTE_BITS       (ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |    \
196         ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
197
198 struct pmap_large_md_page {
199         struct rwlock   pv_lock;
200         struct md_page  pv_page;
201         /* Pad to a power of 2, see pmap_init_pv_table(). */
202         int             pv_pad[2];
203 };
204
205 static struct pmap_large_md_page *
206 _pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
207 {
208         struct vm_phys_seg *seg;
209         int segind;
210
211         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
212                 seg = &vm_phys_segs[segind];
213                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
214                         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
215                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
216         }
217         return (NULL);
218 }
219
220 static struct pmap_large_md_page *
221 pa_to_pmdp(vm_paddr_t pa)
222 {
223         struct pmap_large_md_page *pvd;
224
225         pvd = _pa_to_pmdp(pa);
226         if (pvd == NULL)
227                 panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
228         return (pvd);
229 }
230
231 static struct pmap_large_md_page *
232 page_to_pmdp(vm_page_t m)
233 {
234         struct vm_phys_seg *seg;
235
236         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
237         return ((struct pmap_large_md_page *)seg->md_first +
238             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
239 }
240
241 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
242 #define page_to_pvh(m)  (&(page_to_pmdp(m)->pv_page))
243
244 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
245         struct pmap_large_md_page *_pvd;                        \
246         struct rwlock *_lock;                                   \
247         _pvd = _pa_to_pmdp(pa);                                 \
248         if (__predict_false(_pvd == NULL))                      \
249                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
250         else                                                    \
251                 _lock = &(_pvd->pv_lock);                       \
252         _lock;                                                  \
253 })
254
255 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
256         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
257         struct rwlock *_new_lock;                       \
258                                                         \
259         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
260         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
261                 if (*_lockp != NULL)                    \
262                         rw_wunlock(*_lockp);            \
263                 *_lockp = _new_lock;                    \
264                 rw_wlock(*_lockp);                      \
265         }                                               \
266 } while (0)
267
268 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
269                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
270
271 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
272         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
273                                                         \
274         if (*_lockp != NULL) {                          \
275                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
276                 *_lockp = NULL;                         \
277         }                                               \
278 } while (0)
279
280 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
281                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
282
283 /*
284  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
285  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
286  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
287  *
288  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
289  * as a software managed bit.
290  */
291 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
292
293 struct pmap kernel_pmap_store;
294
295 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
296 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
297 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
298 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
299 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
300
301 /*
302  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
303  * Always map entire L2 block for simplicity.
304  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
305  */
306 static struct pmap_preinit_mapping {
307         vm_paddr_t      pa;
308         vm_offset_t     va;
309         vm_size_t       size;
310 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
311
312 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
313 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
314 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
315
316 /*
317  * Data for the pv entry allocation mechanism.
318  */
319 #ifdef NUMA
320 static __inline int
321 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
322 {
323         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
324 }
325 #else
326 static __inline int
327 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
328 {
329         return (0);
330 }
331 #endif
332
333 struct pv_chunks_list {
334         struct mtx pvc_lock;
335         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
336         int active_reclaims;
337 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
338
339 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
340
341 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
342 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
343 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
344 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
345
346 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
347 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
348 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
349
350 extern pt_entry_t pagetable_l0_ttbr1[];
351
352 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
353 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
354 static u_int physmap_idx;
355
356 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
357     "VM/pmap parameters");
358
359 #if PAGE_SIZE == PAGE_SIZE_4K
360 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     1
361 #else
362 /* TODO: Make this dynamic when we support FEAT_LPA2 (TCR_EL1.DS == 1) */
363 #define L1_BLOCKS_SUPPORTED     0
364 #endif
365
366 #define PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED MPASS(L1_BLOCKS_SUPPORTED)
367
368 /*
369  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
370  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
371  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
372  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
373  * ASIDs that are not currently active on a processor.
374  *
375  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
376  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
377  * below.
378  */
379 struct asid_set {
380         int asid_bits;
381         bitstr_t *asid_set;
382         int asid_set_size;
383         int asid_next;
384         int asid_epoch;
385         struct mtx asid_set_mutex;
386 };
387
388 static struct asid_set asids;
389 static struct asid_set vmids;
390
391 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
392     "ASID allocator");
393 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
394     "The number of bits in an ASID");
395 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
396     "The last allocated ASID plus one");
397 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
398     "The current epoch number");
399
400 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
401 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
402     "The number of bits in an VMID");
403 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
404     "The last allocated VMID plus one");
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
406     "The current epoch number");
407
408 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
409 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
410 void (*pmap_stage2_invalidate_range)(uint64_t, vm_offset_t, vm_offset_t, bool);
411 void (*pmap_stage2_invalidate_all)(uint64_t);
412
413 /*
414  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
415  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
416  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
417  *
418  * An invalid ASID is represented by -1.
419  *
420  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
421  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
422  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
423  * allocated when the pmap is next activated.
424  */
425 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
426                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
427 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
428 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
429
430 #define TLBI_VA_SHIFT                   12
431 #define TLBI_VA_MASK                    ((1ul << 44) - 1)
432 #define TLBI_VA(addr)                   (((addr) >> TLBI_VA_SHIFT) & TLBI_VA_MASK)
433 #define TLBI_VA_L3_INCR                 (L3_SIZE >> TLBI_VA_SHIFT)
434
435 static int superpages_enabled = 1;
436 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
437     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
438     "Are large page mappings enabled?");
439
440 /*
441  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
442  */
443 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
444 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
445
446 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
447
448 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
449 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
450 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
451 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
452 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
453 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
454 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
455                     vm_offset_t va);
456
457 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
458 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
459 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
460 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
461     vm_prot_t prot, int mode, bool skip_unmapped);
462 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
463 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
464     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
465 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
466 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
467     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
468 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
469     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
470 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
471     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
472 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
473     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
474 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
475 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
476     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
477
478 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
479                 struct rwlock **lockp);
480
481 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
482     struct spglist *free);
483 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
484 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
485
486 /*
487  * These load the old table data and store the new value.
488  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
489  * the same time as the CPU.
490  */
491 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
492 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
493 #define pmap_load(table)                (*table)
494 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
495 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
496 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
497 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
498
499 /********************/
500 /* Inline functions */
501 /********************/
502
503 static __inline void
504 pagecopy(void *s, void *d)
505 {
506
507         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
508 }
509
510 static __inline pd_entry_t *
511 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
512 {
513
514         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
515 }
516
517 static __inline pd_entry_t *
518 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
519 {
520         pd_entry_t *l1;
521
522         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
523         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
524 }
525
526 static __inline pd_entry_t *
527 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
528 {
529         pd_entry_t *l0;
530
531         l0 = pmap_l0(pmap, va);
532         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
533                 return (NULL);
534
535         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
536 }
537
538 static __inline pd_entry_t *
539 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
540 {
541         pd_entry_t l1, *l2p;
542
543         l1 = pmap_load(l1p);
544
545         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
546             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
547         /*
548          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
549          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
550          */
551         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
552             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
553         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
554             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
555         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
556         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
557 }
558
559 static __inline pd_entry_t *
560 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
561 {
562         pd_entry_t *l1;
563
564         l1 = pmap_l1(pmap, va);
565         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
566                 return (NULL);
567
568         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
569 }
570
571 static __inline pt_entry_t *
572 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
573 {
574         pd_entry_t l2;
575         pt_entry_t *l3p;
576
577         l2 = pmap_load(l2p);
578
579         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
580             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
581         /*
582          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
583          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
584          */
585         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
586             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
587         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
588             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
589         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
590         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
591 }
592
593 /*
594  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
595  * The next level may or may not point to a valid page or block.
596  */
597 static __inline pd_entry_t *
598 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
599 {
600         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
601
602         l0 = pmap_l0(pmap, va);
603         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
604         if (desc != L0_TABLE) {
605                 *level = -1;
606                 return (NULL);
607         }
608
609         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
610         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
611         if (desc != L1_TABLE) {
612                 *level = 0;
613                 return (l0);
614         }
615
616         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
617         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
618         if (desc != L2_TABLE) {
619                 *level = 1;
620                 return (l1);
621         }
622
623         *level = 2;
624         return (l2);
625 }
626
627 /*
628  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
629  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
630  * the first invalid level.
631  */
632 static __inline pt_entry_t *
633 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
634 {
635         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
636         pt_entry_t *l3;
637
638         l1 = pmap_l1(pmap, va);
639         if (l1 == NULL) {
640                 *level = 0;
641                 return (NULL);
642         }
643         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
644         if (desc == L1_BLOCK) {
645                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
646                 *level = 1;
647                 return (l1);
648         }
649
650         if (desc != L1_TABLE) {
651                 *level = 1;
652                 return (NULL);
653         }
654
655         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
656         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
657         if (desc == L2_BLOCK) {
658                 *level = 2;
659                 return (l2);
660         }
661
662         if (desc != L2_TABLE) {
663                 *level = 2;
664                 return (NULL);
665         }
666
667         *level = 3;
668         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
669         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
670                 return (NULL);
671
672         return (l3);
673 }
674
675 /*
676  * If the given pmap has an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry at the specified
677  * level that maps the specified virtual address, then a pointer to that entry
678  * is returned.  Otherwise, NULL is returned, unless INVARIANTS are enabled
679  * and a diagnostic message is provided, in which case this function panics.
680  */
681 static __always_inline pt_entry_t *
682 pmap_pte_exists(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int level, const char *diag)
683 {
684         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
685         pt_entry_t desc, *l3p;
686         int walk_level __diagused;
687
688         KASSERT(level >= 0 && level < 4,
689             ("%s: %s passed an out-of-range level (%d)", __func__, diag,
690             level));
691         l0p = pmap_l0(pmap, va);
692         desc = pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK;
693         if (desc == L0_TABLE && level > 0) {
694                 l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
695                 desc = pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK;
696                 if (desc == L1_BLOCK && level == 1) {
697                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
698                         return (l1p);
699                 }
700                 if (desc == L1_TABLE && level > 1) {
701                         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
702                         desc = pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK;
703                         if (desc == L2_BLOCK && level == 2)
704                                 return (l2p);
705                         else if (desc == L2_TABLE && level > 2) {
706                                 l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
707                                 desc = pmap_load(l3p) & ATTR_DESCR_MASK;
708                                 if (desc == L3_PAGE && level == 3)
709                                         return (l3p);
710                                 else
711                                         walk_level = 3;
712                         } else
713                                 walk_level = 2;
714                 } else
715                         walk_level = 1;
716         } else
717                 walk_level = 0;
718         KASSERT(diag == NULL,
719             ("%s: va %#lx not mapped at level %d, desc %ld at level %d",
720             diag, va, level, desc, walk_level));
721         return (NULL);
722 }
723
724 bool
725 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
726 {
727         /*
728          * Promotion requires a hypervisor call when the kernel is running
729          * in EL1. To stop this disable superpage support on non-stage 1
730          * pmaps for now.
731          */
732         if (pmap->pm_stage != PM_STAGE1)
733                 return (false);
734
735         return (superpages_enabled != 0);
736 }
737
738 bool
739 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
740     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
741 {
742         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
743
744         if (pmap->pm_l0 == NULL)
745                 return (false);
746
747         l0p = pmap_l0(pmap, va);
748         *l0 = l0p;
749
750         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
751                 return (false);
752
753         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
754         *l1 = l1p;
755
756         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
757                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
758                 *l2 = NULL;
759                 *l3 = NULL;
760                 return (true);
761         }
762
763         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
764                 return (false);
765
766         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
767         *l2 = l2p;
768
769         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
770                 *l3 = NULL;
771                 return (true);
772         }
773
774         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
775                 return (false);
776
777         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
778
779         return (true);
780 }
781
782 static __inline int
783 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
784 {
785
786         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
787 }
788
789 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
790
791 static pt_entry_t
792 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
793 {
794         pt_entry_t val;
795
796         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
797                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
798                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
799                         val |= ATTR_S1_XN;
800                 return (val);
801         }
802
803         val = 0;
804
805         switch (memattr) {
806         case VM_MEMATTR_DEVICE:
807                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
808                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
809         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
810                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
811         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
812                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
813         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
814                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
815         default:
816                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
817         }
818 }
819
820 static pt_entry_t
821 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
822 {
823         pt_entry_t val;
824
825         val = 0;
826         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
827                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
828                         val |= ATTR_S1_XN;
829                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
830                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
831         } else {
832                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
833                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
834                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
835                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
836                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
837                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
838         }
839
840         return (val);
841 }
842
843 /*
844  * Checks if the PTE is dirty.
845  */
846 static inline int
847 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
848 {
849
850         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
851
852         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
853                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
854                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
855
856                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
857                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
858         }
859
860         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
861             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
862 }
863
864 static __inline void
865 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
866 {
867
868         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
869         pmap->pm_stats.resident_count += count;
870 }
871
872 static __inline void
873 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
874 {
875
876         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
877         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
878             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
879             pmap->pm_stats.resident_count, count));
880         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
881 }
882
883 static vm_paddr_t
884 pmap_early_vtophys(vm_offset_t va)
885 {
886         vm_paddr_t pa_page;
887
888         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
889         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
890 }
891
892 /* State of the bootstrapped DMAP page tables */
893 struct pmap_bootstrap_state {
894         pt_entry_t      *l1;
895         pt_entry_t      *l2;
896         pt_entry_t      *l3;
897         vm_offset_t     freemempos;
898         vm_offset_t     va;
899         vm_paddr_t      pa;
900         pt_entry_t      table_attrs;
901         u_int           l0_slot;
902         u_int           l1_slot;
903         u_int           l2_slot;
904         bool            dmap_valid;
905 };
906
907 /* The bootstrap state */
908 static struct pmap_bootstrap_state bs_state = {
909         .l1 = NULL,
910         .l2 = NULL,
911         .l3 = NULL,
912         .table_attrs = TATTR_PXN_TABLE,
913         .l0_slot = L0_ENTRIES,
914         .l1_slot = Ln_ENTRIES,
915         .l2_slot = Ln_ENTRIES,
916         .dmap_valid = false,
917 };
918
919 static void
920 pmap_bootstrap_l0_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
921 {
922         vm_paddr_t l1_pa;
923         pd_entry_t l0e;
924         u_int l0_slot;
925
926         /* Link the level 0 table to a level 1 table */
927         l0_slot = pmap_l0_index(state->va);
928         if (l0_slot != state->l0_slot) {
929                 /*
930                  * Make sure we move from a low address to high address
931                  * before the DMAP region is ready. This ensures we never
932                  * modify an existing mapping until we can map from a
933                  * physical address to a virtual address.
934                  */
935                 MPASS(state->l0_slot < l0_slot ||
936                     state->l0_slot == L0_ENTRIES ||
937                     state->dmap_valid);
938
939                 /* Reset lower levels */
940                 state->l2 = NULL;
941                 state->l3 = NULL;
942                 state->l1_slot = Ln_ENTRIES;
943                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
944
945                 /* Check the existing L0 entry */
946                 state->l0_slot = l0_slot;
947                 if (state->dmap_valid) {
948                         l0e = pagetable_l0_ttbr1[l0_slot];
949                         if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
950                                 MPASS((l0e & ATTR_DESCR_MASK) == L0_TABLE);
951                                 l1_pa = l0e & ~ATTR_MASK;
952                                 state->l1 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1_pa);
953                                 return;
954                         }
955                 }
956
957                 /* Create a new L0 table entry */
958                 state->l1 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
959                 memset(state->l1, 0, PAGE_SIZE);
960                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
961
962                 l1_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l1);
963                 MPASS((l1_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
964                 MPASS(pagetable_l0_ttbr1[l0_slot] == 0);
965                 pmap_store(&pagetable_l0_ttbr1[l0_slot], l1_pa |
966                     TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0 | L0_TABLE);
967         }
968         KASSERT(state->l1 != NULL, ("%s: NULL l1", __func__));
969 }
970
971 static void
972 pmap_bootstrap_l1_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
973 {
974         vm_paddr_t l2_pa;
975         pd_entry_t l1e;
976         u_int l1_slot;
977
978         /* Make sure there is a valid L0 -> L1 table */
979         pmap_bootstrap_l0_table(state);
980
981         /* Link the level 1 table to a level 2 table */
982         l1_slot = pmap_l1_index(state->va);
983         if (l1_slot != state->l1_slot) {
984                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
985                 MPASS(state->l1_slot < l1_slot ||
986                     state->l1_slot == Ln_ENTRIES ||
987                     state->dmap_valid);
988
989                 /* Reset lower levels */
990                 state->l3 = NULL;
991                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
992
993                 /* Check the existing L1 entry */
994                 state->l1_slot = l1_slot;
995                 if (state->dmap_valid) {
996                         l1e = state->l1[l1_slot];
997                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
998                                 MPASS((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE);
999                                 l2_pa = l1e & ~ATTR_MASK;
1000                                 state->l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2_pa);
1001                                 return;
1002                         }
1003                 }
1004
1005                 /* Create a new L1 table entry */
1006                 state->l2 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1007                 memset(state->l2, 0, PAGE_SIZE);
1008                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1009
1010                 l2_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l2);
1011                 MPASS((l2_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1012                 MPASS(state->l1[l1_slot] == 0);
1013                 pmap_store(&state->l1[l1_slot], l2_pa | state->table_attrs |
1014                     L1_TABLE);
1015         }
1016         KASSERT(state->l2 != NULL, ("%s: NULL l2", __func__));
1017 }
1018
1019 static void
1020 pmap_bootstrap_l2_table(struct pmap_bootstrap_state *state)
1021 {
1022         vm_paddr_t l3_pa;
1023         pd_entry_t l2e;
1024         u_int l2_slot;
1025
1026         /* Make sure there is a valid L1 -> L2 table */
1027         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1028
1029         /* Link the level 2 table to a level 3 table */
1030         l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1031         if (l2_slot != state->l2_slot) {
1032                 /* See pmap_bootstrap_l0_table for a description */
1033                 MPASS(state->l2_slot < l2_slot ||
1034                     state->l2_slot == Ln_ENTRIES ||
1035                     state->dmap_valid);
1036
1037                 /* Check the existing L2 entry */
1038                 state->l2_slot = l2_slot;
1039                 if (state->dmap_valid) {
1040                         l2e = state->l2[l2_slot];
1041                         if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
1042                                 MPASS((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE);
1043                                 l3_pa = l2e & ~ATTR_MASK;
1044                                 state->l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3_pa);
1045                                 return;
1046                         }
1047                 }
1048
1049                 /* Create a new L2 table entry */
1050                 state->l3 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
1051                 memset(state->l3, 0, PAGE_SIZE);
1052                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
1053
1054                 l3_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l3);
1055                 MPASS((l3_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
1056                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1057                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], l3_pa | state->table_attrs |
1058                     L2_TABLE);
1059         }
1060         KASSERT(state->l3 != NULL, ("%s: NULL l3", __func__));
1061 }
1062
1063 static void
1064 pmap_bootstrap_l2_block(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1065 {
1066         u_int l2_slot;
1067         bool first;
1068
1069         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L2_SIZE)
1070                 return;
1071
1072         /* Make sure there is a valid L1 table */
1073         pmap_bootstrap_l1_table(state);
1074
1075         MPASS((state->va & L2_OFFSET) == 0);
1076         for (first = true;
1077             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1078             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L2_SIZE;
1079             state->va += L2_SIZE, state->pa += L2_SIZE) {
1080                 /*
1081                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1082                  * current L1 slot can address.
1083                  */
1084                 if (!first && (state->pa & L1_OFFSET) == 0)
1085                         break;
1086
1087                 first = false;
1088                 l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
1089                 MPASS((state->pa & L2_OFFSET) == 0);
1090                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
1091                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1092                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1093                     L2_BLOCK);
1094         }
1095         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1096 }
1097
1098 static void
1099 pmap_bootstrap_l3_page(struct pmap_bootstrap_state *state, int i)
1100 {
1101         u_int l3_slot;
1102         bool first;
1103
1104         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L3_SIZE)
1105                 return;
1106
1107         /* Make sure there is a valid L2 table */
1108         pmap_bootstrap_l2_table(state);
1109
1110         MPASS((state->va & L3_OFFSET) == 0);
1111         for (first = true;
1112             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1113             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L3_SIZE;
1114             state->va += L3_SIZE, state->pa += L3_SIZE) {
1115                 /*
1116                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
1117                  * current L2 slot can address.
1118                  */
1119                 if (!first && (state->pa & L2_OFFSET) == 0)
1120                         break;
1121
1122                 first = false;
1123                 l3_slot = pmap_l3_index(state->va);
1124                 MPASS((state->pa & L3_OFFSET) == 0);
1125                 MPASS(state->l3[l3_slot] == 0);
1126                 pmap_store(&state->l3[l3_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
1127                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1128                     L3_PAGE);
1129         }
1130         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
1131 }
1132
1133 static void
1134 pmap_bootstrap_dmap(vm_paddr_t min_pa)
1135 {
1136         int i;
1137
1138         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
1139         dmap_phys_max = 0;
1140         dmap_max_addr = 0;
1141
1142         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
1143                 bs_state.pa = physmap[i] & ~L3_OFFSET;
1144                 bs_state.va = bs_state.pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
1145
1146                 /* Create L3 mappings at the start of the region */
1147                 if ((bs_state.pa & L2_OFFSET) != 0)
1148                         pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1149                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1150
1151                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1152                         /* Create L2 mappings at the start of the region */
1153                         if ((bs_state.pa & L1_OFFSET) != 0)
1154                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1155                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1156
1157                         /* Create the main L1 block mappings */
1158                         for (; bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1159                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L1_SIZE;
1160                             bs_state.va += L1_SIZE, bs_state.pa += L1_SIZE) {
1161                                 /* Make sure there is a valid L1 table */
1162                                 pmap_bootstrap_l0_table(&bs_state);
1163                                 MPASS((bs_state.pa & L1_OFFSET) == 0);
1164                                 pmap_store(
1165                                     &bs_state.l1[pmap_l1_index(bs_state.va)],
1166                                     bs_state.pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
1167                                     ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
1168                                     L1_BLOCK);
1169                         }
1170                         MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1171
1172                         /* Create L2 mappings at the end of the region */
1173                         pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1174                 } else {
1175                         while (bs_state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
1176                             (physmap[i + 1] - bs_state.pa) >= L2_SIZE) {
1177                                 pmap_bootstrap_l2_block(&bs_state, i);
1178                         }
1179                 }
1180                 MPASS(bs_state.pa <= physmap[i + 1]);
1181
1182                 /* Create L3 mappings at the end of the region */
1183                 pmap_bootstrap_l3_page(&bs_state, i);
1184                 MPASS(bs_state.pa == physmap[i + 1]);
1185
1186                 if (bs_state.pa > dmap_phys_max) {
1187                         dmap_phys_max = bs_state.pa;
1188                         dmap_max_addr = bs_state.va;
1189                 }
1190         }
1191
1192         cpu_tlb_flushID();
1193 }
1194
1195 static void
1196 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t va)
1197 {
1198         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1199
1200         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1201         bs_state.va = va;
1202
1203         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L1_SIZE)
1204                 pmap_bootstrap_l1_table(&bs_state);
1205 }
1206
1207 static void
1208 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t va)
1209 {
1210         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1211
1212         /* Leave bs_state.pa as it's only needed to bootstrap blocks and pages*/
1213         bs_state.va = va;
1214
1215         for (; bs_state.va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; bs_state.va += L2_SIZE)
1216                 pmap_bootstrap_l2_table(&bs_state);
1217 }
1218
1219 #ifdef KASAN
1220 static void
1221 pmap_bootstrap_allocate_kasan_l2(vm_paddr_t start_pa, vm_paddr_t end_pa,
1222     vm_offset_t *start_va, int *nkasan_l2)
1223 {
1224         int i;
1225         vm_paddr_t pa;
1226         vm_offset_t va;
1227         pd_entry_t *l2;
1228
1229         va = *start_va;
1230         pa = rounddown2(end_pa - L2_SIZE, L2_SIZE);
1231         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
1232
1233         for (i = 0; pa >= start_pa && i < *nkasan_l2;
1234             i++, va += L2_SIZE, pa -= L2_SIZE, l2++) {
1235                 /*
1236                  * KASAN stack checking results in us having already allocated
1237                  * part of our shadow map, so we can just skip those segments.
1238                  */
1239                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) != 0) {
1240                         pa += L2_SIZE;
1241                         continue;
1242                 }
1243
1244                 pmap_store(l2, (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | PMAP_SAN_PTE_BITS |
1245                     L2_BLOCK);
1246         }
1247
1248         /*
1249          * Ended the allocation due to start_pa constraint, rather than because
1250          * we allocated everything.  Adjust back up to the start_pa and remove
1251          * the invalid L2 block from our accounting.
1252          */
1253         if (pa < start_pa) {
1254                 va += L2_SIZE;
1255                 i--;
1256                 pa = start_pa;
1257         }
1258
1259         bzero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa), i * L2_SIZE);
1260         physmem_exclude_region(pa, i * L2_SIZE, EXFLAG_NOALLOC);
1261
1262         *nkasan_l2 -= i;
1263         *start_va = va;
1264 }
1265 #endif
1266
1267 /*
1268  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1269  */
1270 void
1271 pmap_bootstrap(vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
1272 {
1273         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
1274         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
1275         uint64_t kern_delta;
1276         int i;
1277
1278         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
1279         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
1280             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
1281
1282         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
1283
1284         printf("pmap_bootstrap %lx %lx\n", kernstart, kernlen);
1285         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
1286
1287         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
1288         kernel_pmap_store.pm_l0 = pagetable_l0_ttbr1;
1289         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1290         kernel_pmap->pm_l0_paddr =
1291             pmap_early_vtophys((vm_offset_t)kernel_pmap_store.pm_l0);
1292         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
1293         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1294         kernel_pmap->pm_levels = 4;
1295         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
1296         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
1297
1298         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
1299         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
1300
1301         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1302         physmap_idx /= 2;
1303
1304         /*
1305          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
1306          * but may contain empty ranges.
1307          */
1308         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
1309                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
1310                         continue;
1311                 if (physmap[i] <= min_pa)
1312                         min_pa = physmap[i];
1313         }
1314
1315         bs_state.freemempos = KERNBASE + kernlen;
1316         bs_state.freemempos = roundup2(bs_state.freemempos, PAGE_SIZE);
1317
1318         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
1319         pmap_bootstrap_dmap(min_pa);
1320         bs_state.dmap_valid = true;
1321         /*
1322          * We only use PXN when we know nothing will be executed from it, e.g.
1323          * the DMAP region.
1324          */
1325         bs_state.table_attrs &= ~TATTR_PXN_TABLE;
1326
1327         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1328
1329         /*
1330          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1331          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1332          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1333          */
1334         pmap_bootstrap_l2(KERNBASE + L1_SIZE);
1335         /* And the l3 tables for the early devmap */
1336         pmap_bootstrap_l3(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE));
1337
1338         cpu_tlb_flushID();
1339
1340 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1341         (var) = bs_state.freemempos;                                    \
1342         bs_state.freemempos += (np * PAGE_SIZE);                        \
1343         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1344
1345         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1346         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1347         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1348
1349         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1350         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1351         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1352
1353         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1354         preinit_map_va = roundup2(bs_state.freemempos, L2_SIZE);
1355
1356         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1357         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1358         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1359         kernel_vm_end = virtual_avail;
1360
1361         pa = pmap_early_vtophys(bs_state.freemempos);
1362
1363         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1364
1365         cpu_tlb_flushID();
1366 }
1367
1368 #if defined(KASAN)
1369 /*
1370  * Finish constructing the initial shadow map:
1371  * - Count how many pages from KERNBASE to virtual_avail (scaled for
1372  *   shadow map)
1373  * - Map that entire range using L2 superpages.
1374  */
1375 void
1376 pmap_bootstrap_san(vm_paddr_t kernstart)
1377 {
1378         vm_offset_t va;
1379         int i, shadow_npages, nkasan_l2;
1380
1381         /*
1382          * Rebuild physmap one more time, we may have excluded more regions from
1383          * allocation since pmap_bootstrap().
1384          */
1385         bzero(physmap, sizeof(physmap));
1386         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1387         physmap_idx /= 2;
1388
1389         shadow_npages = (virtual_avail - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
1390         shadow_npages = howmany(shadow_npages, KASAN_SHADOW_SCALE);
1391         nkasan_l2 = howmany(shadow_npages, Ln_ENTRIES);
1392
1393         /* Map the valid KVA up to this point. */
1394         va = KASAN_MIN_ADDRESS;
1395
1396         /*
1397          * Find a slot in the physmap large enough for what we needed.  We try to put
1398          * the shadow map as high up as we can to avoid depleting the lower 4GB in case
1399          * it's needed for, e.g., an xhci controller that can only do 32-bit DMA.
1400          */
1401         for (i = (physmap_idx * 2) - 2; i >= 0 && nkasan_l2 > 0; i -= 2) {
1402                 vm_paddr_t plow, phigh;
1403
1404                 /* L2 mappings must be backed by memory that is L2-aligned */
1405                 plow = roundup2(physmap[i], L2_SIZE);
1406                 phigh = physmap[i + 1];
1407                 if (plow >= phigh)
1408                         continue;
1409                 if (kernstart >= plow && kernstart < phigh)
1410                         phigh = kernstart;
1411                 if (phigh - plow >= L2_SIZE)
1412                         pmap_bootstrap_allocate_kasan_l2(plow, phigh, &va,
1413                             &nkasan_l2);
1414         }
1415
1416         if (nkasan_l2 != 0)
1417                 panic("Could not find phys region for shadow map");
1418
1419         /*
1420          * Done. We should now have a valid shadow address mapped for all KVA
1421          * that has been mapped so far, i.e., KERNBASE to virtual_avail. Thus,
1422          * shadow accesses by the kasan(9) runtime will succeed for this range.
1423          * When the kernel virtual address range is later expanded, as will
1424          * happen in vm_mem_init(), the shadow map will be grown as well. This
1425          * is handled by pmap_san_enter().
1426          */
1427 }
1428 #endif
1429
1430 /*
1431  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1432  */
1433 void
1434 pmap_page_init(vm_page_t m)
1435 {
1436
1437         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1438         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1439 }
1440
1441 static void
1442 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1443 {
1444         int i;
1445
1446         set->asid_bits = bits;
1447
1448         /*
1449          * We may be too early in the overall initialization process to use
1450          * bit_alloc().
1451          */
1452         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1453         set->asid_set = kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1454             M_WAITOK | M_ZERO);
1455         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1456                 bit_set(set->asid_set, i);
1457         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1458         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1459 }
1460
1461 static void
1462 pmap_init_pv_table(void)
1463 {
1464         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1465         struct pmap_large_md_page *pvd;
1466         vm_size_t s;
1467         int domain, i, j, pages;
1468
1469         /*
1470          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1471          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1472          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1473          */
1474         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1475
1476         /*
1477          * Calculate the size of the array.
1478          */
1479         s = 0;
1480         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1481                 seg = &vm_phys_segs[i];
1482                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1483                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1484                 s += round_page(pages * sizeof(*pvd));
1485         }
1486         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1487         if (pv_table == NULL)
1488                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1489
1490         /*
1491          * Iterate physical segments to allocate domain-local memory for PV
1492          * list headers.
1493          */
1494         pvd = pv_table;
1495         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1496                 seg = &vm_phys_segs[i];
1497                 pages = pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1498                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1499                 domain = seg->domain;
1500
1501                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1502
1503                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1504                         vm_page_t m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain,
1505                             VM_ALLOC_ZERO);
1506                         if (m == NULL)
1507                                 panic("failed to allocate PV table page");
1508                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1509                 }
1510
1511                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1512                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
1513                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1514                         pvd++;
1515                 }
1516         }
1517         pvd = &pv_dummy_large;
1518         memset(pvd, 0, sizeof(*pvd));
1519         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
1520         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
1521
1522         /*
1523          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1524          */
1525         for (i = 0, pvd = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1526                 seg = &vm_phys_segs[i];
1527                 seg->md_first = pvd;
1528                 pvd += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1529                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1530
1531                 /*
1532                  * If there is a following segment, and the final
1533                  * superpage of this segment and the initial superpage
1534                  * of the next segment are the same then adjust the
1535                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1536                  * that the pv_table entries will be shared.
1537                  */
1538                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1539                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1540                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1541                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1542                                 pvd--;
1543                         }
1544                 }
1545         }
1546 }
1547
1548 /*
1549  *      Initialize the pmap module.
1550  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1551  *      system needs to map virtual memory.
1552  */
1553 void
1554 pmap_init(void)
1555 {
1556         uint64_t mmfr1;
1557         int i, vmid_bits;
1558
1559         /*
1560          * Are large page mappings enabled?
1561          */
1562         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1563         if (superpages_enabled) {
1564                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1565                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1566                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1567                 if (L1_BLOCKS_SUPPORTED) {
1568                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1569                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1570                         pagesizes[2] = L1_SIZE;
1571                 }
1572         }
1573
1574         /*
1575          * Initialize the ASID allocator.
1576          */
1577         pmap_init_asids(&asids,
1578             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1579
1580         if (has_hyp()) {
1581                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1582                 vmid_bits = 8;
1583
1584                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1585                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1586                         vmid_bits = 16;
1587                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1588         }
1589
1590         /*
1591          * Initialize pv chunk lists.
1592          */
1593         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
1594                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL,
1595                     MTX_DEF);
1596                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
1597         }
1598         pmap_init_pv_table();
1599
1600         vm_initialized = 1;
1601 }
1602
1603 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1604     "2MB page mapping counters");
1605
1606 static u_long pmap_l2_demotions;
1607 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1608     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1609
1610 static u_long pmap_l2_mappings;
1611 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1612     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1613
1614 static u_long pmap_l2_p_failures;
1615 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1616     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1617
1618 static u_long pmap_l2_promotions;
1619 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1620     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1621
1622 /*
1623  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1624  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1625  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1626  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1627  */
1628 static __inline void
1629 pmap_s1_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1630 {
1631         if (final_only)
1632                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1633         else
1634                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1635 }
1636
1637 static __inline void
1638 pmap_s1_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1639 {
1640         if (final_only)
1641                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1642         else
1643                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1644 }
1645
1646 /*
1647  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1648  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1649  */
1650 static __inline void
1651 pmap_s1_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1652 {
1653         uint64_t r;
1654
1655         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1656
1657         dsb(ishst);
1658         r = TLBI_VA(va);
1659         if (pmap == kernel_pmap) {
1660                 pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1661         } else {
1662                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1663                 pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1664         }
1665         dsb(ish);
1666         isb();
1667 }
1668
1669 static __inline void
1670 pmap_s2_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1671 {
1672         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1673         MPASS(pmap_stage2_invalidate_range != NULL);
1674         pmap_stage2_invalidate_range(pmap_to_ttbr0(pmap), va, va + PAGE_SIZE,
1675             final_only);
1676 }
1677
1678 static __inline void
1679 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1680 {
1681         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1682                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, final_only);
1683         else
1684                 pmap_s2_invalidate_page(pmap, va, final_only);
1685 }
1686
1687 /*
1688  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1689  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1690  */
1691 static __inline void
1692 pmap_s1_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1693     bool final_only)
1694 {
1695         uint64_t end, r, start;
1696
1697         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1698
1699         dsb(ishst);
1700         if (pmap == kernel_pmap) {
1701                 start = TLBI_VA(sva);
1702                 end = TLBI_VA(eva);
1703                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1704                         pmap_s1_invalidate_kernel(r, final_only);
1705         } else {
1706                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1707                 start |= TLBI_VA(sva);
1708                 end |= TLBI_VA(eva);
1709                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1710                         pmap_s1_invalidate_user(r, final_only);
1711         }
1712         dsb(ish);
1713         isb();
1714 }
1715
1716 static __inline void
1717 pmap_s2_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1718     bool final_only)
1719 {
1720         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1721         MPASS(pmap_stage2_invalidate_range != NULL);
1722         pmap_stage2_invalidate_range(pmap_to_ttbr0(pmap), sva, eva, final_only);
1723 }
1724
1725 static __inline void
1726 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1727     bool final_only)
1728 {
1729         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1730                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, sva, eva, final_only);
1731         else
1732                 pmap_s2_invalidate_range(pmap, sva, eva, final_only);
1733 }
1734
1735 /*
1736  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1737  * given virtual address space.
1738  */
1739 static __inline void
1740 pmap_s1_invalidate_all(pmap_t pmap)
1741 {
1742         uint64_t r;
1743
1744         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1745
1746         dsb(ishst);
1747         if (pmap == kernel_pmap) {
1748                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1749         } else {
1750                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1751                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1752         }
1753         dsb(ish);
1754         isb();
1755 }
1756
1757 static __inline void
1758 pmap_s2_invalidate_all(pmap_t pmap)
1759 {
1760         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
1761         MPASS(pmap_stage2_invalidate_all != NULL);
1762         pmap_stage2_invalidate_all(pmap_to_ttbr0(pmap));
1763 }
1764
1765 static __inline void
1766 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1767 {
1768         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
1769                 pmap_s1_invalidate_all(pmap);
1770         else
1771                 pmap_s2_invalidate_all(pmap);
1772 }
1773
1774 /*
1775  *      Routine:        pmap_extract
1776  *      Function:
1777  *              Extract the physical page address associated
1778  *              with the given map/virtual_address pair.
1779  */
1780 vm_paddr_t
1781 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1782 {
1783         pt_entry_t *pte, tpte;
1784         vm_paddr_t pa;
1785         int lvl;
1786
1787         pa = 0;
1788         PMAP_LOCK(pmap);
1789         /*
1790          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1791          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1792          */
1793         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1794         if (pte != NULL) {
1795                 tpte = pmap_load(pte);
1796                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1797                 switch(lvl) {
1798                 case 1:
1799                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
1800                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1801                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1802                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1803                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1804                         break;
1805                 case 2:
1806                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1807                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1808                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1809                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1810                         break;
1811                 case 3:
1812                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1813                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1814                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1815                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1816                         break;
1817                 }
1818         }
1819         PMAP_UNLOCK(pmap);
1820         return (pa);
1821 }
1822
1823 /*
1824  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1825  *      Function:
1826  *              Atomically extract and hold the physical page
1827  *              with the given pmap and virtual address pair
1828  *              if that mapping permits the given protection.
1829  */
1830 vm_page_t
1831 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1832 {
1833         pt_entry_t *pte, tpte;
1834         vm_offset_t off;
1835         vm_page_t m;
1836         int lvl;
1837         bool use;
1838
1839         m = NULL;
1840         PMAP_LOCK(pmap);
1841         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1842         if (pte != NULL) {
1843                 tpte = pmap_load(pte);
1844
1845                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1846                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1847                 /*
1848                  * Check that the pte is either a L3 page, or a L1 or L2 block
1849                  * entry. We can assume L1_BLOCK == L2_BLOCK.
1850                  */
1851                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1852                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1853                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1854                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1855
1856                 use = false;
1857                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1858                         use = true;
1859                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1860                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1861                         use = true;
1862                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1863                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1864                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1865                         use = true;
1866
1867                 if (use) {
1868                         switch (lvl) {
1869                         case 1:
1870                                 off = va & L1_OFFSET;
1871                                 break;
1872                         case 2:
1873                                 off = va & L2_OFFSET;
1874                                 break;
1875                         case 3:
1876                         default:
1877                                 off = 0;
1878                         }
1879                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1880                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1881                                 m = NULL;
1882                 }
1883         }
1884         PMAP_UNLOCK(pmap);
1885         return (m);
1886 }
1887
1888 /*
1889  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1890  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1891  * physical address in pa if it is not NULL.
1892  *
1893  * See the comment above data_abort() for the rationale for specifying
1894  * NO_PERTHREAD_SSP here.
1895  */
1896 bool NO_PERTHREAD_SSP
1897 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1898 {
1899         pt_entry_t *pte, tpte;
1900         register_t intr;
1901         uint64_t par;
1902
1903         /*
1904          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1905          * for address translation, and getting the result back.
1906          */
1907         intr = intr_disable();
1908         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1909         intr_restore(intr);
1910
1911         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1912                 if (pa != NULL)
1913                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1914                 return (true);
1915         }
1916
1917         /*
1918          * Fall back to walking the page table. The address translation
1919          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1920          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1921          * can walk the page table to find the physical address.
1922          */
1923
1924         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1925         if (pte == NULL)
1926                 return (false);
1927
1928         /*
1929          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1930          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1931          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1932          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1933          */
1934         tpte = pmap_load(pte);
1935         if (tpte == 0)
1936                 return (false);
1937         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1938                 if (pa != NULL)
1939                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1940                 return (true);
1941         }
1942         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1943         tpte = pmap_load(pte);
1944         if (tpte == 0)
1945                 return (false);
1946         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1947                 if (pa != NULL)
1948                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1949                 return (true);
1950         }
1951         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1952         tpte = pmap_load(pte);
1953         if (tpte == 0)
1954                 return (false);
1955         if (pa != NULL)
1956                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1957         return (true);
1958 }
1959
1960 vm_paddr_t
1961 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1962 {
1963         vm_paddr_t pa;
1964
1965         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1966                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1967
1968         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1969                 return (0);
1970         return (pa);
1971 }
1972
1973 /***************************************************
1974  * Low level mapping routines.....
1975  ***************************************************/
1976
1977 void
1978 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1979 {
1980         pd_entry_t *pde;
1981         pt_entry_t *pte, attr;
1982         vm_offset_t va;
1983         int lvl;
1984
1985         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1986            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1987         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1988            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1989         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1990             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1991
1992         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1993             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1994         va = sva;
1995         while (size != 0) {
1996                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1997                 KASSERT(pde != NULL,
1998                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1999                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
2000
2001                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2002                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
2003
2004                 va += PAGE_SIZE;
2005                 pa += PAGE_SIZE;
2006                 size -= PAGE_SIZE;
2007         }
2008         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2009 }
2010
2011 void
2012 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
2013 {
2014
2015         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
2016 }
2017
2018 /*
2019  * Remove a page from the kernel pagetables.
2020  */
2021 PMAP_INLINE void
2022 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2023 {
2024         pt_entry_t *pte;
2025
2026         pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
2027         pmap_clear(pte);
2028         pmap_s1_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
2029 }
2030
2031 void
2032 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
2033 {
2034         pt_entry_t *pte;
2035         vm_offset_t va;
2036
2037         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
2038            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
2039         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
2040             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
2041
2042         va = sva;
2043         while (size != 0) {
2044                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, __func__);
2045                 pmap_clear(pte);
2046
2047                 va += PAGE_SIZE;
2048                 size -= PAGE_SIZE;
2049         }
2050         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2051 }
2052
2053 /*
2054  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2055  *      virtual address space.
2056  *
2057  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2058  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2059  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2060  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2061  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2062  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2063  *      region.
2064  */
2065 vm_offset_t
2066 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2067 {
2068         return PHYS_TO_DMAP(start);
2069 }
2070
2071 /*
2072  * Add a list of wired pages to the kva
2073  * this routine is only used for temporary
2074  * kernel mappings that do not need to have
2075  * page modification or references recorded.
2076  * Note that old mappings are simply written
2077  * over.  The page *must* be wired.
2078  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2079  */
2080 void
2081 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2082 {
2083         pd_entry_t *pde;
2084         pt_entry_t *pte, pa;
2085         vm_offset_t va;
2086         vm_page_t m;
2087         int i, lvl;
2088
2089         va = sva;
2090         for (i = 0; i < count; i++) {
2091                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
2092                 KASSERT(pde != NULL,
2093                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
2094                 KASSERT(lvl == 2,
2095                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
2096
2097                 m = ma[i];
2098                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
2099                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
2100                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
2101                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2102                 pmap_load_store(pte, pa);
2103
2104                 va += L3_SIZE;
2105         }
2106         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2107 }
2108
2109 /*
2110  * This routine tears out page mappings from the
2111  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2112  */
2113 void
2114 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2115 {
2116         pt_entry_t *pte;
2117         vm_offset_t va;
2118
2119         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
2120             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
2121         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
2122
2123         va = sva;
2124         while (count-- > 0) {
2125                 pte = pmap_pte_exists(kernel_pmap, va, 3, NULL);
2126                 if (pte != NULL) {
2127                         pmap_clear(pte);
2128                 }
2129
2130                 va += PAGE_SIZE;
2131         }
2132         pmap_s1_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
2133 }
2134
2135 /***************************************************
2136  * Page table page management routines.....
2137  ***************************************************/
2138 /*
2139  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2140  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2141  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2142  */
2143 static __inline void
2144 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2145     boolean_t set_PG_ZERO)
2146 {
2147
2148         if (set_PG_ZERO)
2149                 m->flags |= PG_ZERO;
2150         else
2151                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2152         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2153 }
2154
2155 /*
2156  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
2157  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
2158  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2159  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2160  */
2161 static inline boolean_t
2162 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2163 {
2164
2165         --m->ref_count;
2166         if (m->ref_count == 0) {
2167                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
2168                 return (TRUE);
2169         } else
2170                 return (FALSE);
2171 }
2172
2173 static void
2174 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2175 {
2176
2177         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2178         /*
2179          * unmap the page table page
2180          */
2181         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2182                 /* l1 page */
2183                 pd_entry_t *l0;
2184
2185                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2186                 pmap_clear(l0);
2187         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
2188                 /* l2 page */
2189                 pd_entry_t *l1;
2190
2191                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2192                 pmap_clear(l1);
2193         } else {
2194                 /* l3 page */
2195                 pd_entry_t *l2;
2196
2197                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2198                 pmap_clear(l2);
2199         }
2200         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2201         if (m->pindex < NUL2E) {
2202                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
2203                 pd_entry_t *l1, tl1;
2204                 vm_page_t l2pg;
2205
2206                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2207                 tl1 = pmap_load(l1);
2208                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2209                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
2210         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
2211                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
2212                 pd_entry_t *l0, tl0;
2213                 vm_page_t l1pg;
2214
2215                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
2216                 tl0 = pmap_load(l0);
2217                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2218                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
2219         }
2220         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
2221
2222         /*
2223          * Put page on a list so that it is released after
2224          * *ALL* TLB shootdown is done
2225          */
2226         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2227 }
2228
2229 /*
2230  * After removing a page table entry, this routine is used to
2231  * conditionally free the page, and manage the reference count.
2232  */
2233 static int
2234 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2235     struct spglist *free)
2236 {
2237         vm_page_t mpte;
2238
2239         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2240             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2241         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
2242                 return (0);
2243         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2244         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
2245         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
2246 }
2247
2248 /*
2249  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2250  * mapping.
2251  */
2252 static void
2253 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2254 {
2255         struct spglist free;
2256
2257         SLIST_INIT(&free);
2258         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
2259                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2260 }
2261
2262 void
2263 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2264 {
2265
2266         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2267         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2268         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
2269         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2270         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2271         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
2272         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
2273         pmap->pm_levels = 4;
2274         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
2275         pmap->pm_asid_set = &asids;
2276
2277         PCPU_SET(curpmap, pmap);
2278 }
2279
2280 int
2281 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
2282 {
2283         vm_page_t m;
2284
2285         /*
2286          * allocate the l0 page
2287          */
2288         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
2289             VM_ALLOC_ZERO);
2290         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2291         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
2292
2293         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2294         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
2295         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
2296
2297         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
2298         pmap->pm_levels = levels;
2299         pmap->pm_stage = stage;
2300         switch (stage) {
2301         case PM_STAGE1:
2302                 pmap->pm_asid_set = &asids;
2303                 break;
2304         case PM_STAGE2:
2305                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
2306                 break;
2307         default:
2308                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
2309                 break;
2310         }
2311
2312         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
2313         pmap_alloc_asid(pmap);
2314
2315         /*
2316          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
2317          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
2318          * pmap_release() is called.
2319          */
2320         if (pmap->pm_levels == 3) {
2321                 PMAP_LOCK(pmap);
2322                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
2323                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2324         }
2325         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2326
2327         return (1);
2328 }
2329
2330 int
2331 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2332 {
2333
2334         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
2335 }
2336
2337 /*
2338  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2339  *
2340  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2341  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2342  *
2343  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2344  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2345  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2346  * race conditions.
2347  */
2348 static vm_page_t
2349 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2350 {
2351         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
2352
2353         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2354
2355         /*
2356          * Allocate a page table page.
2357          */
2358         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2359                 if (lockp != NULL) {
2360                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2361                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2362                         vm_wait(NULL);
2363                         PMAP_LOCK(pmap);
2364                 }
2365
2366                 /*
2367                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2368                  * page may have been allocated.
2369                  */
2370                 return (NULL);
2371         }
2372         m->pindex = ptepindex;
2373
2374         /*
2375          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2376          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2377          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2378          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2379          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2380          * PTE within "m".
2381          */
2382         dmb(ishst);
2383
2384         /*
2385          * Map the pagetable page into the process address space, if
2386          * it isn't already there.
2387          */
2388
2389         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2390                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2391                 vm_pindex_t l0index;
2392
2393                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2394                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2395                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2396                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2397                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2398
2399                 /*
2400                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2401                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2402                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2403                  * locore.S.
2404                  */
2405                 if (pmap == kernel_pmap)
2406                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2407                 else
2408                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2409                 pmap_store(l0p, l0e);
2410         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2411                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2412                 pd_entry_t *l0, *l1;
2413                 pd_entry_t tl0;
2414
2415                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2416                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2417
2418                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2419                 tl0 = pmap_load(l0);
2420                 if (tl0 == 0) {
2421                         /* recurse for allocating page dir */
2422                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2423                             lockp) == NULL) {
2424                                 vm_page_unwire_noq(m);
2425                                 vm_page_free_zero(m);
2426                                 return (NULL);
2427                         }
2428                 } else {
2429                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2430                         l1pg->ref_count++;
2431                 }
2432
2433                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2434                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2435                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2436                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2437                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2438         } else {
2439                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2440                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2441                 pd_entry_t tl0, tl1;
2442
2443                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2444                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2445
2446                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2447                 tl0 = pmap_load(l0);
2448                 if (tl0 == 0) {
2449                         /* recurse for allocating page dir */
2450                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2451                             lockp) == NULL) {
2452                                 vm_page_unwire_noq(m);
2453                                 vm_page_free_zero(m);
2454                                 return (NULL);
2455                         }
2456                         tl0 = pmap_load(l0);
2457                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2458                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2459                 } else {
2460                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2461                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2462                         tl1 = pmap_load(l1);
2463                         if (tl1 == 0) {
2464                                 /* recurse for allocating page dir */
2465                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2466                                     lockp) == NULL) {
2467                                         vm_page_unwire_noq(m);
2468                                         vm_page_free_zero(m);
2469                                         return (NULL);
2470                                 }
2471                         } else {
2472                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2473                                 l2pg->ref_count++;
2474                         }
2475                 }
2476
2477                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2478                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2479                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2480                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2481                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2482         }
2483
2484         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2485
2486         return (m);
2487 }
2488
2489 static pd_entry_t *
2490 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2491     struct rwlock **lockp)
2492 {
2493         pd_entry_t *l1, *l2;
2494         vm_page_t l2pg;
2495         vm_pindex_t l2pindex;
2496
2497         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2498             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2499
2500 retry:
2501         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2502         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2503                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2504                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2505                         /* Add a reference to the L2 page. */
2506                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2507                         l2pg->ref_count++;
2508                 } else
2509                         l2pg = NULL;
2510         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2511                 /* Allocate a L2 page. */
2512                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2513                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2514                 if (l2pg == NULL) {
2515                         if (lockp != NULL)
2516                                 goto retry;
2517                         else
2518                                 return (NULL);
2519                 }
2520                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2521                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2522         } else
2523                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2524                     va);
2525         *l2pgp = l2pg;
2526         return (l2);
2527 }
2528
2529 static vm_page_t
2530 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2531 {
2532         vm_pindex_t ptepindex;
2533         pd_entry_t *pde, tpde;
2534 #ifdef INVARIANTS
2535         pt_entry_t *pte;
2536 #endif
2537         vm_page_t m;
2538         int lvl;
2539
2540         /*
2541          * Calculate pagetable page index
2542          */
2543         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2544 retry:
2545         /*
2546          * Get the page directory entry
2547          */
2548         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2549
2550         /*
2551          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2552          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2553          * table.
2554          */
2555         switch (lvl) {
2556         case -1:
2557                 break;
2558         case 0:
2559 #ifdef INVARIANTS
2560                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2561                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2562                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2563 #endif
2564                 break;
2565         case 1:
2566 #ifdef INVARIANTS
2567                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2568                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2569                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2570 #endif
2571                 break;
2572         case 2:
2573                 tpde = pmap_load(pde);
2574                 if (tpde != 0) {
2575                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2576                         m->ref_count++;
2577                         return (m);
2578                 }
2579                 break;
2580         default:
2581                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2582         }
2583
2584         /*
2585          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2586          */
2587         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2588         if (m == NULL && lockp != NULL)
2589                 goto retry;
2590
2591         return (m);
2592 }
2593
2594 /***************************************************
2595  * Pmap allocation/deallocation routines.
2596  ***************************************************/
2597
2598 /*
2599  * Release any resources held by the given physical map.
2600  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2601  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2602  */
2603 void
2604 pmap_release(pmap_t pmap)
2605 {
2606         boolean_t rv __diagused;
2607         struct spglist free;
2608         struct asid_set *set;
2609         vm_page_t m;
2610         int asid;
2611
2612         if (pmap->pm_levels != 4) {
2613                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2614                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2615                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2616                     pmap->pm_stats.resident_count));
2617                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2618                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2619
2620                 SLIST_INIT(&free);
2621                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2622                 PMAP_LOCK(pmap);
2623                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2624                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2625                 MPASS(rv == TRUE);
2626                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2627         }
2628
2629         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2630             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2631             pmap->pm_stats.resident_count));
2632         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2633             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2634
2635         set = pmap->pm_asid_set;
2636         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2637
2638         /*
2639          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2640          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2641          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2642          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2643          */
2644         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2645                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2646                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2647                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2648                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2649                             asid < set->asid_set_size,
2650                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2651                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2652                 }
2653                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2654         }
2655
2656         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2657         vm_page_unwire_noq(m);
2658         vm_page_free_zero(m);
2659 }
2660
2661 static int
2662 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2663 {
2664         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2665
2666         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2667 }
2668 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2669     0, 0, kvm_size, "LU",
2670     "Size of KVM");
2671
2672 static int
2673 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2674 {
2675         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2676
2677         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2678 }
2679 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2680     0, 0, kvm_free, "LU",
2681     "Amount of KVM free");
2682
2683 /*
2684  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2685  */
2686 void
2687 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2688 {
2689         vm_paddr_t paddr;
2690         vm_page_t nkpg;
2691         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2692
2693         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2694
2695         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2696         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2697                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2698         if (kernel_vm_end < addr)
2699                 kasan_shadow_map(kernel_vm_end, addr - kernel_vm_end);
2700         while (kernel_vm_end < addr) {
2701                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2702                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2703                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2704
2705                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2706                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2707                         /* We need a new PDP entry */
2708                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2709                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2710                         if (nkpg == NULL)
2711                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2712                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2713                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2714                         dmb(ishst);
2715                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2716                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2717                         continue; /* try again */
2718                 }
2719                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2720                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2721                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2722                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2723                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2724                                 break;
2725                         }
2726                         continue;
2727                 }
2728
2729                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2730                     VM_ALLOC_ZERO);
2731                 if (nkpg == NULL)
2732                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2733                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2734                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2735                 dmb(ishst);
2736                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2737                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2738
2739                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2740                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2741                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2742                         break;
2743                 }
2744         }
2745 }
2746
2747 /***************************************************
2748  * page management routines.
2749  ***************************************************/
2750
2751 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = {
2752         [0 ... _NPCM - 2] = PC_FREEN,
2753         [_NPCM - 1] = PC_FREEL
2754 };
2755
2756 #ifdef PV_STATS
2757 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2758
2759 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2760         "Current number of pv entry chunks");
2761 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2762         "Current number of pv entry chunks allocated");
2763 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2764         "Current number of pv entry chunks frees");
2765 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2766         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2767
2768 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2769 static int pv_entry_spare;
2770
2771 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2772         "Current number of pv entry frees");
2773 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2774         "Current number of pv entry allocs");
2775 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2776         "Current number of pv entries");
2777 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2778         "Current number of spare pv entries");
2779 #endif
2780
2781 /*
2782  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2783  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2784  * another pv entry chunk.
2785  *
2786  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2787  *
2788  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2789  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2790  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2791  */
2792 static vm_page_t
2793 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
2794 {
2795         struct pv_chunks_list *pvc;
2796         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2797         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2798         struct md_page *pvh;
2799         pd_entry_t *pde;
2800         pmap_t next_pmap, pmap;
2801         pt_entry_t *pte, tpte;
2802         pv_entry_t pv;
2803         vm_offset_t va;
2804         vm_page_t m, m_pc;
2805         struct spglist free;
2806         uint64_t inuse;
2807         int bit, field, freed, lvl;
2808
2809         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2810         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2811
2812         pmap = NULL;
2813         m_pc = NULL;
2814         SLIST_INIT(&free);
2815         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2816         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2817         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2818         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2819
2820         pvc = &pv_chunks[domain];
2821         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2822         pvc->active_reclaims++;
2823         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2824         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2825         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2826             SLIST_EMPTY(&free)) {
2827                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2828                 if (next_pmap == NULL) {
2829                         /*
2830                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2831                          * not our marker, so active_reclaims must be
2832                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2833                          * will not rotate the pv_chunks list.
2834                          */
2835                         goto next_chunk;
2836                 }
2837                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2838
2839                 /*
2840                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2841                  * when both pvc->pvc_lock is owned and the
2842                  * corresponding pmap is locked.
2843                  */
2844                 if (pmap != next_pmap) {
2845                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2846                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2847                         pmap = next_pmap;
2848                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2849                         if (pmap > locked_pmap) {
2850                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2851                                 PMAP_LOCK(pmap);
2852                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2853                                 continue;
2854                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2855                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2856                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2857                                         continue;
2858                                 } else {
2859                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2860                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2861                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2862                                         if (pc == NULL ||
2863                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2864                                                 continue;
2865                                         goto next_chunk;
2866                                 }
2867                         }
2868                 }
2869
2870                 /*
2871                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2872                  */
2873                 freed = 0;
2874                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2875                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2876                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2877                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2878                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2879                                 va = pv->pv_va;
2880                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2881                                 if (lvl != 2)
2882                                         continue;
2883                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2884                                 tpte = pmap_load(pte);
2885                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2886                                         continue;
2887                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2888                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2889                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2890                                         vm_page_dirty(m);
2891                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2892                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
2893                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2894                                 }
2895                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2896                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2897                                 m->md.pv_gen++;
2898                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2899                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2900                                         pvh = page_to_pvh(m);
2901                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2902                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2903                                                     PGA_WRITEABLE);
2904                                         }
2905                                 }
2906                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2907                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2908                                 freed++;
2909                         }
2910                 }
2911                 if (freed == 0) {
2912                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2913                         goto next_chunk;
2914                 }
2915                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2916                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2917                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2918                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2919                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2920                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2921                 if (pc_is_free(pc)) {
2922                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2923                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2924                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2925                         /* Entire chunk is free; return it. */
2926                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2927                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2928                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2929                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2930                         break;
2931                 }
2932                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2933                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
2934                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2935                 if (pmap == locked_pmap)
2936                         break;
2937
2938 next_chunk:
2939                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2940                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
2941                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2942                         /*
2943                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2944                          * scan the same pv chunks that could not be
2945                          * freed (because they contained a wired
2946                          * and/or superpage mapping) on every
2947                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2948                          */
2949                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker){
2950                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2951                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2952                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
2953                         }
2954                 }
2955         }
2956         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
2957         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
2958         pvc->active_reclaims--;
2959         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
2960         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2961                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2962         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2963                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2964                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2965                 /* Recycle a freed page table page. */
2966                 m_pc->ref_count = 1;
2967         }
2968         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2969         return (m_pc);
2970 }
2971
2972 static vm_page_t
2973 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2974 {
2975         vm_page_t m;
2976         int i, domain;
2977
2978         domain = PCPU_GET(domain);
2979         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2980                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
2981                 if (m != NULL)
2982                         break;
2983                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2984         }
2985
2986         return (m);
2987 }
2988
2989 /*
2990  * free the pv_entry back to the free list
2991  */
2992 static void
2993 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2994 {
2995         struct pv_chunk *pc;
2996         int idx, field, bit;
2997
2998         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2999         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3000         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3001         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3002         pc = pv_to_chunk(pv);
3003         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3004         field = idx / 64;
3005         bit = idx % 64;
3006         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3007         if (!pc_is_free(pc)) {
3008                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3009                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3010                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3011                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3012                 }
3013                 return;
3014         }
3015         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3016         free_pv_chunk(pc);
3017 }
3018
3019 static void
3020 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
3021 {
3022         vm_page_t m;
3023
3024         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3025         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3026         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3027         /* entire chunk is free, return it */
3028         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3029         dump_drop_page(m->phys_addr);
3030         vm_page_unwire_noq(m);
3031         vm_page_free(m);
3032 }
3033
3034 static void
3035 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3036 {
3037         struct pv_chunks_list *pvc;
3038
3039         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
3040         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3041         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3042         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3043         free_pv_chunk_dequeued(pc);
3044 }
3045
3046 static void
3047 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
3048 {
3049         struct pv_chunks_list *pvc;
3050         struct pv_chunk *pc, *npc;
3051         int i;
3052
3053         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3054                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
3055                         continue;
3056                 pvc = &pv_chunks[i];
3057                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3058                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
3059                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3060                 }
3061                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3062         }
3063
3064         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3065                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
3066                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
3067                 }
3068         }
3069 }
3070
3071 /*
3072  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3073  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3074  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3075  * returned.
3076  *
3077  * The given PV list lock may be released.
3078  */
3079 static pv_entry_t
3080 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3081 {
3082         struct pv_chunks_list *pvc;
3083         int bit, field;
3084         pv_entry_t pv;
3085         struct pv_chunk *pc;
3086         vm_page_t m;
3087
3088         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3089         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3090 retry:
3091         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3092         if (pc != NULL) {
3093                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3094                         if (pc->pc_map[field]) {
3095                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3096                                 break;
3097                         }
3098                 }
3099                 if (field < _NPCM) {
3100                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3101                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3102                         /* If this was the last item, move it to tail */
3103                         if (pc_is_full(pc)) {
3104                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3105                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3106                                     pc_list);
3107                         }
3108                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3109                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3110                         return (pv);
3111                 }
3112         }
3113         /* No free items, allocate another chunk */
3114         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3115         if (m == NULL) {
3116                 if (lockp == NULL) {
3117                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3118                         return (NULL);
3119                 }
3120                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3121                 if (m == NULL)
3122                         goto retry;
3123         }
3124         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3125         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3126         dump_add_page(m->phys_addr);
3127         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3128         pc->pc_pmap = pmap;
3129         memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3130         pc->pc_map[0] &= ~1ul;          /* preallocated bit 0 */
3131         pvc = &pv_chunks[vm_page_domain(m)];
3132         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3133         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
3134         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3135         pv = &pc->pc_pventry[0];
3136         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3137         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3138         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3139         return (pv);
3140 }
3141
3142 /*
3143  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3144  * exceeds the given count, "needed".
3145  *
3146  * The given PV list lock may be released.
3147  */
3148 static void
3149 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3150 {
3151         struct pv_chunks_list *pvc;
3152         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
3153         struct pv_chunk *pc;
3154         vm_page_t m;
3155         int avail, free, i;
3156         bool reclaimed;
3157
3158         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3159         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3160
3161         /*
3162          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3163          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3164          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3165          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3166          */
3167         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
3168                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
3169 retry:
3170         avail = 0;
3171         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3172                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3173                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3174                 if (free == 0)
3175                         break;
3176                 avail += free;
3177                 if (avail >= needed)
3178                         break;
3179         }
3180         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3181                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
3182                 if (m == NULL) {
3183                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3184                         if (m == NULL)
3185                                 goto retry;
3186                         reclaimed = true;
3187                 }
3188                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3189                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3190                 dump_add_page(m->phys_addr);
3191                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3192                 pc->pc_pmap = pmap;
3193                 memcpy(pc->pc_map, pc_freemask, sizeof(pc_freemask));
3194                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3195                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[vm_page_domain(m)], pc, pc_lru);
3196                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3197
3198                 /*
3199                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
3200                  * If that chunk contained available entries, we need to
3201                  * re-count the number of available entries.
3202                  */
3203                 if (reclaimed)
3204                         goto retry;
3205         }
3206         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3207                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
3208                         continue;
3209                 pvc = &pv_chunks[i];
3210                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
3211                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
3212                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
3213         }
3214 }
3215
3216 /*
3217  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3218  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3219  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3220  * 2MB page mappings.
3221  */
3222 static __inline pv_entry_t
3223 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3224 {
3225         pv_entry_t pv;
3226
3227         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3228                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3229                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3230                         pvh->pv_gen++;
3231                         break;
3232                 }
3233         }
3234         return (pv);
3235 }
3236
3237 /*
3238  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3239  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3240  * entries for each of the 4KB page mappings.
3241  */
3242 static void
3243 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3244     struct rwlock **lockp)
3245 {
3246         struct md_page *pvh;
3247         struct pv_chunk *pc;
3248         pv_entry_t pv;
3249         vm_offset_t va_last;
3250         vm_page_t m;
3251         int bit, field;
3252
3253         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3254         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
3255             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
3256         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3257             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3258         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3259
3260         /*
3261          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3262          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3263          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3264          */
3265         pvh = pa_to_pvh(pa);
3266         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3267         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
3268         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3269         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3270         m->md.pv_gen++;
3271         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
3272         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
3273         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3274         for (;;) {
3275                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3276                 KASSERT(!pc_is_full(pc), ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
3277                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3278                         while (pc->pc_map[field]) {
3279                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
3280                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3281                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3282                                 va += PAGE_SIZE;
3283                                 pv->pv_va = va;
3284                                 m++;
3285                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3286                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
3287                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3288                                 m->md.pv_gen++;
3289                                 if (va == va_last)
3290                                         goto out;
3291                         }
3292                 }
3293                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3294                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3295         }
3296 out:
3297         if (pc_is_full(pc)) {
3298                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3299                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3300         }
3301         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
3302         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
3303 }
3304
3305 /*
3306  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3307  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3308  * page mappings.
3309  */
3310 static void
3311 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3312 {
3313         pv_entry_t pv;
3314
3315         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3316         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3317         free_pv_entry(pmap, pv);
3318 }
3319
3320 /*
3321  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3322  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3323  */
3324 static boolean_t
3325 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3326     struct rwlock **lockp)
3327 {
3328         pv_entry_t pv;
3329
3330         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3331         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3332         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3333                 pv->pv_va = va;
3334                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3335                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3336                 m->md.pv_gen++;
3337                 return (TRUE);
3338         } else
3339                 return (FALSE);
3340 }
3341
3342 /*
3343  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3344  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3345  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3346  */
3347 static bool
3348 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
3349     struct rwlock **lockp)
3350 {
3351         struct md_page *pvh;
3352         pv_entry_t pv;
3353         vm_paddr_t pa;
3354
3355         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3356         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3357         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3358             NULL : lockp)) == NULL)
3359                 return (false);
3360         pv->pv_va = va;
3361         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
3362         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3363         pvh = pa_to_pvh(pa);
3364         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3365         pvh->pv_gen++;
3366         return (true);
3367 }
3368
3369 static void
3370 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
3371 {
3372         pt_entry_t newl2, oldl2 __diagused;
3373         vm_page_t ml3;
3374         vm_paddr_t ml3pa;
3375
3376         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
3377         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3378         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3379
3380         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3381         if (ml3 == NULL)
3382                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
3383
3384         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
3385         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
3386
3387         /*
3388          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
3389          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
3390          */
3391         if (ml3->valid != 0)
3392                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
3393
3394         /*
3395          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
3396          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3397          */
3398         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3399         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3400             __func__, l2, oldl2));
3401 }
3402
3403 /*
3404  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3405  */
3406 static int
3407 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3408     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3409 {
3410         struct md_page *pvh;
3411         pt_entry_t old_l2;
3412         vm_page_t m, ml3, mt;
3413
3414         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3415         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3416         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3417         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3418             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3419
3420         /*
3421          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3422          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3423          */
3424         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3425
3426         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3427                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3428         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3429         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3430                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3431                 pvh = page_to_pvh(m);
3432                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3433                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3434                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3435                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3436                                 vm_page_dirty(mt);
3437                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3438                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3439                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3440                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3441                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3442                 }
3443         }
3444         if (pmap == kernel_pmap) {
3445                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3446         } else {
3447                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3448                 if (ml3 != NULL) {
3449                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3450                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3451                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3452                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3453                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3454                         ml3->ref_count = 0;
3455                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3456                 }
3457         }
3458         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3459 }
3460
3461 /*
3462  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3463  */
3464 static int
3465 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3466     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3467 {
3468         struct md_page *pvh;
3469         pt_entry_t old_l3;
3470         vm_page_t m;
3471
3472         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3473         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3474         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
3475         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3476                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3477         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3478         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3479                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3480                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3481                         vm_page_dirty(m);
3482                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3483                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3484                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3485                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3486                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3487                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3488                         pvh = page_to_pvh(m);
3489                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3490                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3491                 }
3492         }
3493         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3494 }
3495
3496 /*
3497  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3498  * identified by the given L2 entry.
3499  */
3500 static void
3501 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3502     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3503 {
3504         struct md_page *pvh;
3505         struct rwlock *new_lock;
3506         pt_entry_t *l3, old_l3;
3507         vm_offset_t va;
3508         vm_page_t l3pg, m;
3509
3510         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3511             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3512         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3513             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3514
3515         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3516         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3517             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3518         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3519         va = eva;
3520         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3521                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3522                         if (va != eva) {
3523                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3524                                 va = eva;
3525                         }
3526                         continue;
3527                 }
3528                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3529                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3530                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3531                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3532                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3533                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3534                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3535                                 vm_page_dirty(m);
3536                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3537                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3538                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3539                         if (new_lock != *lockp) {
3540                                 if (*lockp != NULL) {
3541                                         /*
3542                                          * Pending TLB invalidations must be
3543                                          * performed before the PV list lock is
3544                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3545                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3546                                          * could return while a stale TLB entry
3547                                          * still provides access to that page. 
3548                                          */
3549                                         if (va != eva) {
3550                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
3551                                                     sva, true);
3552                                                 va = eva;
3553                                         }
3554                                         rw_wunlock(*lockp);
3555                                 }
3556                                 *lockp = new_lock;
3557                                 rw_wlock(*lockp);
3558                         }
3559                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3560                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3561                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3562                                 pvh = page_to_pvh(m);
3563                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3564                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3565                         }
3566                 }
3567                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3568                         /*
3569                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3570                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3571                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3572                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3573                          * of a new valid range consisting of a single page.
3574                          */
3575                         break;
3576                 }
3577                 if (va == eva)
3578                         va = sva;
3579         }
3580         if (va != eva)
3581                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3582 }
3583
3584 /*
3585  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3586  *
3587  *      It is assumed that the start and end are properly
3588  *      rounded to the page size.
3589  */
3590 void
3591 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3592 {
3593         struct rwlock *lock;
3594         vm_offset_t va_next;
3595         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3596         pt_entry_t l3_paddr;
3597         struct spglist free;
3598
3599         /*
3600          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3601          */
3602         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3603                 return;
3604
3605         SLIST_INIT(&free);
3606
3607         PMAP_LOCK(pmap);
3608
3609         lock = NULL;
3610         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3611                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3612                         break;
3613
3614                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3615                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3616                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3617                         if (va_next < sva)
3618                                 va_next = eva;
3619                         continue;
3620                 }
3621
3622                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3623                 if (va_next < sva)
3624                         va_next = eva;
3625                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3626                 if (pmap_load(l1) == 0)
3627                         continue;
3628                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3629                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3630                         KASSERT(va_next <= eva,
3631                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3632                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3633                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3634                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3635                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3636                         pmap_clear(l1);
3637                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3638                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3639                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3640                         continue;
3641                 }
3642
3643                 /*
3644                  * Calculate index for next page table.
3645                  */
3646                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3647                 if (va_next < sva)
3648                         va_next = eva;
3649
3650                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3651                 if (l2 == NULL)
3652                         continue;
3653
3654                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3655
3656                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3657                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3658                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3659                                     &free, &lock);
3660                                 continue;
3661                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3662                             &lock) == NULL)
3663                                 continue;
3664                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3665                 }
3666
3667                 /*
3668                  * Weed out invalid mappings.
3669                  */
3670                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3671                         continue;
3672
3673                 /*
3674                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3675                  * by the current page table page, or to the end of the
3676                  * range being removed.
3677                  */
3678                 if (va_next > eva)
3679                         va_next = eva;
3680
3681                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3682                     &lock);
3683         }
3684         if (lock != NULL)
3685                 rw_wunlock(lock);
3686         PMAP_UNLOCK(pmap);
3687         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3688 }
3689
3690 /*
3691  *      Routine:        pmap_remove_all
3692  *      Function:
3693  *              Removes this physical page from
3694  *              all physical maps in which it resides.
3695  *              Reflects back modify bits to the pager.
3696  *
3697  *      Notes:
3698  *              Original versions of this routine were very
3699  *              inefficient because they iteratively called
3700  *              pmap_remove (slow...)
3701  */
3702
3703 void
3704 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3705 {
3706         struct md_page *pvh;
3707         pv_entry_t pv;
3708         pmap_t pmap;
3709         struct rwlock *lock;
3710         pd_entry_t *pde, tpde;
3711         pt_entry_t *pte, tpte;
3712         vm_offset_t va;
3713         struct spglist free;
3714         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3715
3716         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3717             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3718         SLIST_INIT(&free);
3719         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3720         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3721         rw_wlock(lock);
3722 retry:
3723         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3724                 pmap = PV_PMAP(pv);
3725                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3726                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3727                         rw_wunlock(lock);
3728                         PMAP_LOCK(pmap);
3729                         rw_wlock(lock);
3730                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3731                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3732                                 goto retry;
3733                         }
3734                 }
3735                 va = pv->pv_va;
3736                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
3737                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3738                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3739         }
3740         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3741                 pmap = PV_PMAP(pv);
3742                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3743                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3744                         md_gen = m->md.pv_gen;
3745                         rw_wunlock(lock);
3746                         PMAP_LOCK(pmap);
3747                         rw_wlock(lock);
3748                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3749                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3750                                 goto retry;
3751                         }
3752                 }
3753                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3754
3755                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3756                 KASSERT(pde != NULL,
3757                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3758                 KASSERT(lvl == 2,
3759                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3760                 tpde = pmap_load(pde);
3761
3762                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3763                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3764                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3765                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3766                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3767                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3768                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3769                 }
3770
3771                 /*
3772                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3773                  */
3774                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3775                         vm_page_dirty(m);
3776                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3777                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3778                 m->md.pv_gen++;
3779                 free_pv_entry(pmap, pv);
3780                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3781         }
3782         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3783         rw_wunlock(lock);
3784         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3785 }
3786
3787 /*
3788  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3789  */
3790 static void
3791 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3792     pt_entry_t nbits)
3793 {
3794         pd_entry_t old_l2;
3795         vm_page_t m, mt;
3796
3797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3798         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3799         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3800             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3801         old_l2 = pmap_load(l2);
3802         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3803             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3804
3805         /*
3806          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3807          * in place.
3808          */
3809         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3810                 return;
3811
3812         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3813                 cpu_spinwait();
3814
3815         /*
3816          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3817          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3818          * pages.
3819          */
3820         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3821             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3822             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3823                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3824                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3825                         vm_page_dirty(mt);
3826         }
3827
3828         /*
3829          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3830          * the 2MB page mapping, a pmap_s1_invalidate_page() suffices.
3831          */
3832         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3833 }
3834
3835 /*
3836  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3837  * pmap and range
3838  */
3839 static void
3840 pmap_mask_set_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3841     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3842 {
3843         vm_offset_t va, va_next;
3844         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3845         pt_entry_t *l3p, l3;
3846
3847         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3848         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3849                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3850                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3851                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3852                         if (va_next < sva)
3853                                 va_next = eva;
3854                         continue;
3855                 }
3856
3857                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3858                 if (va_next < sva)
3859                         va_next = eva;
3860                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3861                 if (pmap_load(l1) == 0)
3862                         continue;
3863                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3864                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
3865                         KASSERT(va_next <= eva,
3866                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3867                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3868                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3869                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3870                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3871                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3872                                 if (invalidate)
3873                                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, sva, true);
3874                         }
3875                         continue;
3876                 }
3877
3878                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3879                 if (va_next < sva)
3880                         va_next = eva;
3881
3882                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3883                 if (pmap_load(l2) == 0)
3884                         continue;
3885
3886                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3887                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3888                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3889                                 continue;
3890                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3891                                 continue;
3892                 }
3893                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3894                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3895
3896                 if (va_next > eva)
3897                         va_next = eva;
3898
3899                 va = va_next;
3900                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3901                     sva += L3_SIZE) {
3902                         l3 = pmap_load(l3p);
3903
3904                         /*
3905                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3906                          * invalid or already has the desired access
3907                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3908                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3909                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3910                          * have the desired restrictions.)
3911                          */
3912                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3913                                 if (va != va_next) {
3914                                         if (invalidate)
3915                                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap,
3916                                                     va, sva, true);
3917                                         va = va_next;
3918                                 }
3919                                 continue;
3920                         }
3921
3922                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3923                             nbits))
3924                                 cpu_spinwait();
3925
3926                         /*
3927                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3928                          * update the page's dirty field.
3929                          */
3930                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3931                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3932                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3933                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3934
3935                         if (va == va_next)
3936                                 va = sva;
3937                 }
3938                 if (va != va_next && invalidate)
3939                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3940         }
3941 }
3942
3943 static void
3944 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3945     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3946 {
3947         PMAP_LOCK(pmap);
3948         pmap_mask_set_locked(pmap, sva, eva, mask, nbits, invalidate);
3949         PMAP_UNLOCK(pmap);
3950 }
3951
3952 /*
3953  *      Set the physical protection on the
3954  *      specified range of this map as requested.
3955  */
3956 void
3957 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3958 {
3959         pt_entry_t mask, nbits;
3960
3961         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3962         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3963         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3964                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3965                 return;
3966         }
3967
3968         mask = nbits = 0;
3969         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3970                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3971                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3972         }
3973         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3974                 mask |= ATTR_S1_XN;
3975                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3976         }
3977         if (mask == 0)
3978                 return;
3979
3980         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3981 }
3982
3983 void
3984 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3985 {
3986
3987         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3988         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
3989
3990         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
3991             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
3992 }
3993
3994 /*
3995  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3996  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3997  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3998  * ordered by this virtual address range.
3999  *
4000  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
4001  */
4002 static __inline int
4003 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
4004 {
4005
4006         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4007         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
4008         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
4009 }
4010
4011 /*
4012  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
4013  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
4014  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
4015  * specified virtual address.
4016  */
4017 static __inline vm_page_t
4018 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4019 {
4020
4021         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4022         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
4023 }
4024
4025 /*
4026  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
4027  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
4028  * inconsistent state.
4029  */
4030 static void
4031 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
4032     vm_offset_t va, vm_size_t size)
4033 {
4034         register_t intr;
4035
4036         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4037
4038         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
4039                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
4040
4041         /*
4042          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
4043          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
4044          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
4045          */
4046         intr = intr_disable();
4047
4048         /*
4049          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
4050          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
4051          * lookup the physical address.
4052          */
4053         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
4054
4055         /*
4056          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
4057          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
4058          * entries.
4059          */
4060         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
4061
4062         /* Create the new mapping */
4063         pmap_store(pte, newpte);
4064         dsb(ishst);
4065
4066         intr_restore(intr);
4067 }
4068
4069 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4070 /*
4071  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4072  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4073  * for the 2MB page mapping.
4074  */
4075 static void
4076 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4077     struct rwlock **lockp)
4078 {
4079         struct md_page *pvh;
4080         pv_entry_t pv;
4081         vm_offset_t va_last;
4082         vm_page_t m;
4083
4084         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
4085             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
4086         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4087
4088         /*
4089          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4090          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4091          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4092          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4093          * mappings that is being promoted.
4094          */
4095         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4096         va = va & ~L2_OFFSET;
4097         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4098         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
4099         pvh = page_to_pvh(m);
4100         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4101         pvh->pv_gen++;
4102         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4103         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4104         do {
4105                 m++;
4106                 va += PAGE_SIZE;
4107                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4108         } while (va < va_last);
4109 }
4110
4111 /*
4112  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4113  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
4114  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4115  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4116  * identical characteristics.
4117  */
4118 static void
4119 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va, vm_page_t mpte,
4120     struct rwlock **lockp)
4121 {
4122         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
4123
4124         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4125         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4126
4127         /*
4128          * Examine the first L3E in the specified PTP.  Abort if this L3E is
4129          * ineligible for promotion, invalid, or does not map the first 4KB
4130          * physical page within a 2MB page.
4131          */
4132         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4133         newl2 = pmap_load(firstl3);
4134         if ((newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
4135                 return;
4136         if ((newl2 & ((~ATTR_MASK & L2_OFFSET) | ATTR_DESCR_MASK)) != L3_PAGE) {
4137                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4138                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4139                     " in pmap %p", va, pmap);
4140                 return;
4141         }
4142
4143         /*
4144          * Both here and in the below "for" loop, to allow for repromotion
4145          * after MADV_FREE, conditionally write protect a clean L3E before
4146          * possibly aborting the promotion due to other L3E attributes.  Why?
4147          * Suppose that MADV_FREE is applied to a part of a superpage, the
4148          * address range [S, E).  pmap_advise() will demote the superpage
4149          * mapping, destroy the 4KB page mapping at the end of [S, E), and
4150          * set AP_RO and clear AF in the L3Es for the rest of [S, E).  Later,
4151          * imagine that the memory in [S, E) is recycled, but the last 4KB
4152          * page in [S, E) is not the last to be rewritten, or simply accessed.
4153          * In other words, there is still a 4KB page in [S, E), call it P,
4154          * that is writeable but AP_RO is set and AF is clear in P's L3E.
4155          * Unless we write protect P before aborting the promotion, if and
4156          * when P is finally rewritten, there won't be a page fault to trigger
4157          * repromotion.
4158          */
4159 setl2:
4160         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4161             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4162                 /*
4163                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
4164                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
4165                  */
4166                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
4167                         goto setl2;
4168                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
4169         }
4170         if ((newl2 & ATTR_AF) == 0) {
4171                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4172                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4173                     " in pmap %p", va, pmap);
4174                 return;
4175         }
4176
4177         /*
4178          * Examine each of the other L3Es in the specified PTP.  Abort if this
4179          * L3E maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4180          * characteristics to the first L3E.
4181          */
4182         pa = (newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
4183         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
4184                 oldl3 = pmap_load(l3);
4185                 if ((oldl3 & (~ATTR_MASK | ATTR_DESCR_MASK)) != pa) {
4186                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4187                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4188                             " in pmap %p", va, pmap);
4189                         return;
4190                 }
4191 setl3:
4192                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
4193                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
4194                         /*
4195                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
4196                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
4197                          * invalidation.
4198                          */
4199                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
4200                             ~ATTR_SW_DBM))
4201                                 goto setl3;
4202                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
4203                 }
4204                 if ((oldl3 & ATTR_MASK) != (newl2 & ATTR_MASK)) {
4205                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4206                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
4207                             " in pmap %p", va, pmap);
4208                         return;
4209                 }
4210                 pa -= PAGE_SIZE;
4211         }
4212
4213         /*
4214          * Save the page table page in its current state until the L2
4215          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
4216          * destroyed by pmap_remove_l3().
4217          */
4218         if (mpte == NULL)
4219                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4220         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4221             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4222             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
4223         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
4224             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
4225         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
4226                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
4227                 CTR2(KTR_PMAP,
4228                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4229                     pmap);
4230                 return;
4231         }
4232
4233         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
4234                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
4235
4236         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
4237         newl2 |= L2_BLOCK;
4238
4239         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, va & ~L2_OFFSET, L2_SIZE);
4240
4241         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
4242         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
4243             pmap);
4244 }
4245 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4246
4247 static int
4248 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
4249     int psind)
4250 {
4251         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
4252         vm_page_t mp;
4253
4254         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4255         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
4256             ("psind %d unexpected", psind));
4257         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
4258             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
4259             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
4260
4261 restart:
4262         if (psind == 2) {
4263                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4264
4265                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
4266                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4267                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
4268                         if (mp == NULL) {
4269                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4270                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4271                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4272                                 vm_wait(NULL);
4273                                 PMAP_LOCK(pmap);
4274                                 goto restart;
4275                         }
4276                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4277                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4278                         origpte = pmap_load(l1p);
4279                 } else {
4280                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
4281                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
4282                         origpte = pmap_load(l1p);
4283                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4284                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
4285                                     ~ATTR_MASK);
4286                                 mp->ref_count++;
4287                         }
4288                 }
4289                 KASSERT(((origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK) &&
4290                     (origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) ||
4291                     (origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
4292                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
4293                     va, origpte, newpte));
4294                 pmap_store(l1p, newpte);
4295         } else /* (psind == 1) */ {
4296                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
4297                 if (l2p == NULL) {
4298                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
4299                         if (mp == NULL) {
4300                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
4301                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4302                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4303                                 vm_wait(NULL);
4304                                 PMAP_LOCK(pmap);
4305                                 goto restart;
4306                         }
4307                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
4308                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
4309                         origpte = pmap_load(l2p);
4310                 } else {
4311                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4312                         origpte = pmap_load(l2p);
4313                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4314                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
4315                                     ~ATTR_MASK);
4316                                 mp->ref_count++;
4317                         }
4318                 }
4319                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
4320                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4321                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
4322                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
4323                     va, origpte, newpte));
4324                 pmap_store(l2p, newpte);
4325         }
4326         dsb(ishst);
4327
4328         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4329                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
4330         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4331                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4332         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
4333             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4334                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
4335
4336         return (KERN_SUCCESS);
4337 }
4338
4339 /*
4340  *      Insert the given physical page (p) at
4341  *      the specified virtual address (v) in the
4342  *      target physical map with the protection requested.
4343  *
4344  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4345  *      that the related pte can not be reclaimed.
4346  *
4347  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4348  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4349  *      insert this page into the given map NOW.
4350  */
4351 int
4352 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4353     u_int flags, int8_t psind)
4354 {
4355         struct rwlock *lock;
4356         pd_entry_t *pde;
4357         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4358         pt_entry_t *l2, *l3;
4359         pv_entry_t pv;
4360         vm_paddr_t opa, pa;
4361         vm_page_t mpte, om;
4362         boolean_t nosleep;
4363         int lvl, rv;
4364
4365         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4366             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4367
4368         va = trunc_page(va);
4369         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4370                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4371         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4372         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4373         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4374         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4375
4376         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4377                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4378         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4379                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4380                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4381                 else
4382                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4383                 if (pmap != kernel_pmap)
4384                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4385         } else {
4386                 /*
4387                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4388                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4389                  * required to invalidate the I-cache.
4390                  *
4391                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4392                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4393                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4394                  * correctly if it is clear.
4395                  */
4396                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4397                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4398         }
4399         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4400                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4401                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4402                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4403                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4404                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4405                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4406                                 else
4407                                         new_l3 &=
4408                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4409                         }
4410                 }
4411         }
4412
4413         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4414
4415         lock = NULL;
4416         PMAP_LOCK(pmap);
4417         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4418                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4419                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4420                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4421                 if (psind == 2) {
4422                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
4423                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4424                 } else /* (psind == 1) */
4425                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4426                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4427                 goto out;
4428         }
4429         if (psind == 1) {
4430                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4431                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4432                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4433                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4434                     flags, m, &lock);
4435                 goto out;
4436         }
4437         mpte = NULL;
4438
4439         /*
4440          * In the case that a page table page is not
4441          * resident, we are creating it here.
4442          */
4443 retry:
4444         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4445         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4446                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4447                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4448                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4449                         mpte->ref_count++;
4450                 }
4451                 goto havel3;
4452         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4453                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4454                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4455                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4456                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4457                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4458                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4459                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4460                                 mpte->ref_count++;
4461                         }
4462                         goto havel3;
4463                 }
4464                 /* We need to allocate an L3 table. */
4465         }
4466         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4467                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4468
4469                 /*
4470                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4471                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4472                  * was created while we slept.
4473                  */
4474                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4475                     nosleep ? NULL : &lock);
4476                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4477                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4478                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4479                         goto out;
4480                 }
4481                 goto retry;
4482         } else
4483                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4484
4485 havel3:
4486         orig_l3 = pmap_load(l3);
4487         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4488         pv = NULL;
4489
4490         /*
4491          * Is the specified virtual address already mapped?
4492          */
4493         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4494                 /*
4495                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4496                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4497                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4498                  * the PT page will be also.
4499                  */
4500                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4501                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4502                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4503                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4504                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4505                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4506
4507                 /*
4508                  * Remove the extra PT page reference.
4509                  */
4510                 if (mpte != NULL) {
4511                         mpte->ref_count--;
4512                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4513                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4514                              " va: 0x%lx", va));
4515                 }
4516
4517                 /*
4518                  * Has the physical page changed?
4519                  */
4520                 if (opa == pa) {
4521                         /*
4522                          * No, might be a protection or wiring change.
4523                          */
4524                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4525                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4526                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4527                         goto validate;
4528                 }
4529
4530                 /*
4531                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4532                  * the mapping.
4533                  */
4534                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4535                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4536                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4537                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4538                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4539
4540                         /*
4541                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4542                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4543                          * pmap_ts_referenced().
4544                          */
4545                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4546                                 vm_page_dirty(om);
4547                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4548                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4549                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4550                         }
4551                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4552                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4553                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4554                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4555                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4556                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4557                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4558                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4559                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4560                 } else {
4561                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4562                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4563                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4564                 }
4565                 orig_l3 = 0;
4566         } else {
4567                 /*
4568                  * Increment the counters.
4569                  */
4570                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4571                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4572                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4573         }
4574         /*
4575          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4576          */
4577         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4578                 if (pv == NULL) {
4579                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4580                         pv->pv_va = va;
4581                 }
4582                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4583                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4584                 m->md.pv_gen++;
4585                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4586                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4587         }
4588
4589 validate:
4590         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4591                 /*
4592                  * Sync icache if exec permission and attribute
4593                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4594                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4595                  * later, then other can access this page before caches are
4596                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4597                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4598                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4599                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4600                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4601                 */
4602                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4603                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4604                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4605                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4606                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4607                 }
4608         } else {
4609                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4610         }
4611
4612         /*
4613          * Update the L3 entry
4614          */
4615         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4616                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4617                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4618                         /* same PA, different attributes */
4619                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4620                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4621                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4622                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4623                                 vm_page_dirty(m);
4624                 } else {
4625                         /*
4626                          * orig_l3 == new_l3
4627                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4628                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4629                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4630                          * cycle.
4631                          * Another possible reasons are:
4632                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4633                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4634                          *   actual mapping.
4635                          */
4636                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4637                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4638                             __func__, pmap, va, new_l3);
4639                 }
4640         } else {
4641                 /* New mapping */
4642                 pmap_store(l3, new_l3);
4643                 dsb(ishst);
4644         }
4645
4646 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4647         /*
4648          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4649          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4650          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4651          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4652          */
4653         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4654             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4655             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4656             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4657                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, mpte, &lock);
4658         }
4659 #endif
4660
4661         rv = KERN_SUCCESS;
4662 out:
4663         if (lock != NULL)
4664                 rw_wunlock(lock);
4665         PMAP_UNLOCK(pmap);
4666         return (rv);
4667 }
4668
4669 /*
4670  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns
4671  * KERN_SUCCESS if the mapping was created.  Otherwise, returns an error
4672  * value.  See pmap_enter_l2() for the possible error values when "no sleep",
4673  * "no replace", and "no reclaim" are specified.
4674  */
4675 static int
4676 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4677     struct rwlock **lockp)
4678 {
4679         pd_entry_t new_l2;
4680
4681         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4682         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4683         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4684             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4685
4686         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4687             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4688             L2_BLOCK);
4689         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4690                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4691                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4692         }
4693         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4694             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4695                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4696         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4697                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4698         else
4699                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4700         if (pmap != kernel_pmap)
4701                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4702         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4703             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp));
4704 }
4705
4706 /*
4707  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4708  * zero.
4709  */
4710 static bool
4711 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4712 {
4713         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4714
4715         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4716         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4717         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4718                 if (*pte != 0)
4719                         return (false);
4720         }
4721         return (true);
4722 }
4723
4724 /*
4725  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4726  * the mapping was created, and one of KERN_FAILURE, KERN_NO_SPACE, or
4727  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
4728  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a 4KB page mapping already exists
4729  * within the 2MB virtual address range starting at the specified virtual
4730  * address.  Returns KERN_NO_SPACE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a
4731  * 2MB page mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4732  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if either (1) PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a
4733  * page table page allocation failed or (2) PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified
4734  * and a PV entry allocation failed.
4735  */
4736 static int
4737 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4738     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4739 {
4740         struct spglist free;
4741         pd_entry_t *l2, old_l2;
4742         vm_page_t l2pg, mt;
4743
4744         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4745         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4746             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4747
4748         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4749             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4750                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4751                     va, pmap);
4752                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4753         }
4754
4755         /*
4756          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4757          */
4758         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4759                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4760                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4761                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4762                         if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4763                                 if (l2pg != NULL)
4764                                         l2pg->ref_count--;
4765                                 CTR2(KTR_PMAP,
4766                                     "pmap_enter_l2: no space for va %#lx"
4767                                     " in pmap %p", va, pmap);
4768                                 return (KERN_NO_SPACE);
4769                         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4770                             !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK)) {
4771                                 if (l2pg != NULL)
4772                                         l2pg->ref_count--;
4773                                 CTR2(KTR_PMAP,
4774                                     "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4775                                     " in pmap %p", va, pmap);
4776                                 return (KERN_FAILURE);
4777                         }
4778                 }
4779                 SLIST_INIT(&free);
4780                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4781                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4782                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4783                 else
4784                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4785                             &free, lockp);
4786                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4787                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4788                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4789                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4790                 } else {
4791                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4792                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4793
4794                         /*
4795                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4796                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4797                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4798                          * entry for the kernel page table page, so request
4799                          * an invalidation at all levels after clearing
4800                          * the L2_TABLE entry.
4801                          */
4802                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4803                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4804                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4805                         pmap_clear(l2);
4806                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, false);
4807                 }
4808         }
4809
4810         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4811                 /*
4812                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4813                  */
4814                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4815                         if (l2pg != NULL)
4816                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4817                         CTR2(KTR_PMAP,
4818                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4819                             va, pmap);
4820                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4821                 }
4822                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4823                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4824                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4825         }
4826
4827         /*
4828          * Increment counters.
4829          */
4830         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4831                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4832         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4833
4834         /*
4835          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4836          */
4837         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4838             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4839             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4840                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4841                     L2_SIZE);
4842         }
4843
4844         /*
4845          * Map the superpage.
4846          */
4847         pmap_store(l2, new_l2);
4848         dsb(ishst);
4849
4850         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4851         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4852             va, pmap);
4853
4854         return (KERN_SUCCESS);
4855 }
4856
4857 /*
4858  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4859  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4860  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4861  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4862  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4863  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4864  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4865  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4866  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4867  * corresponding offset from m_start are mapped.
4868  */
4869 void
4870 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4871     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4872 {
4873         struct rwlock *lock;
4874         vm_offset_t va;
4875         vm_page_t m, mpte;
4876         vm_pindex_t diff, psize;
4877         int rv;
4878
4879         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4880
4881         psize = atop(end - start);
4882         mpte = NULL;
4883         m = m_start;
4884         lock = NULL;
4885         PMAP_LOCK(pmap);
4886         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4887                 va = start + ptoa(diff);
4888                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4889                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4890                     ((rv = pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock)) ==
4891                     KERN_SUCCESS || rv == KERN_NO_SPACE))
4892                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4893                 else
4894                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4895                             &lock);
4896                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4897         }
4898         if (lock != NULL)
4899                 rw_wunlock(lock);
4900         PMAP_UNLOCK(pmap);
4901 }
4902
4903 /*
4904  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4905  * 1. Current pmap & pmap exists.
4906  * 2. Not wired.
4907  * 3. Read access.
4908  * 4. No page table pages.
4909  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4910  */
4911
4912 void
4913 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4914 {
4915         struct rwlock *lock;
4916
4917         lock = NULL;
4918         PMAP_LOCK(pmap);
4919         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4920         if (lock != NULL)
4921                 rw_wunlock(lock);
4922         PMAP_UNLOCK(pmap);
4923 }
4924
4925 static vm_page_t
4926 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4927     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4928 {
4929         pd_entry_t *pde;
4930         pt_entry_t *l1, *l2, *l3, l3_val;
4931         vm_paddr_t pa;
4932         int lvl;
4933
4934         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4935             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4936             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4937         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4938         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4939         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4940             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4941
4942         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4943         /*
4944          * In the case that a page table page is not
4945          * resident, we are creating it here.
4946          */
4947         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4948                 vm_pindex_t l2pindex;
4949
4950                 /*
4951                  * Calculate pagetable page index
4952                  */
4953                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4954                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4955                         mpte->ref_count++;
4956                 } else {
4957                         /*
4958                          * If the page table page is mapped, we just increment
4959                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4960                          * attempt to allocate a page table page, passing NULL
4961                          * instead of the PV list lock pointer because we don't
4962                          * intend to sleep.  If this attempt fails, we don't
4963                          * retry.  Instead, we give up.
4964                          */
4965                         l1 = pmap_l1(pmap, va);
4966                         if (l1 != NULL && pmap_load(l1) != 0) {
4967                                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4968                                     L1_BLOCK)
4969                                         return (NULL);
4970                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
4971                                 if (pmap_load(l2) != 0) {
4972                                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4973                                             L2_BLOCK)
4974                                                 return (NULL);
4975                                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) &
4976                                             ~ATTR_MASK);
4977                                         mpte->ref_count++;
4978                                 } else {
4979                                         mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex,
4980                                             NULL);
4981                                         if (mpte == NULL)
4982                                                 return (mpte);
4983                                 }
4984                         } else {
4985                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4986                                 if (mpte == NULL)
4987                                         return (mpte);
4988                         }
4989                 }
4990                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4991                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4992         } else {
4993                 mpte = NULL;
4994                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4995                 KASSERT(pde != NULL,
4996                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4997                      va));
4998                 KASSERT(lvl == 2,
4999                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
5000                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
5001         }
5002
5003         /*
5004          * Abort if a mapping already exists.
5005          */
5006         if (pmap_load(l3) != 0) {
5007                 if (mpte != NULL)
5008                         mpte->ref_count--;
5009                 return (NULL);
5010         }
5011
5012         /*
5013          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5014          */
5015         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5016             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5017                 if (mpte != NULL)
5018                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
5019                 return (NULL);
5020         }
5021
5022         /*
5023          * Increment counters
5024          */
5025         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5026
5027         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5028         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
5029             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
5030         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
5031             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
5032                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
5033         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
5034                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
5035         else
5036                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
5037         if (pmap != kernel_pmap)
5038                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
5039
5040         /*
5041          * Now validate mapping with RO protection
5042          */
5043         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
5044                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
5045                 l3_val &= ~ATTR_AF;
5046         }
5047
5048         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
5049         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
5050             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
5051                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
5052
5053         pmap_store(l3, l3_val);
5054         dsb(ishst);
5055
5056         return (mpte);
5057 }
5058
5059 /*
5060  * This code maps large physical mmap regions into the
5061  * processor address space.  Note that some shortcuts
5062  * are taken, but the code works.
5063  */
5064 void
5065 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5066     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5067 {
5068
5069         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5070         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5071             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5072 }
5073
5074 /*
5075  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5076  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5077  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5078  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5079  *
5080  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
5081  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
5082  */
5083 void
5084 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5085 {
5086         vm_offset_t va_next;
5087         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
5088         pt_entry_t *l3;
5089
5090         PMAP_LOCK(pmap);
5091         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5092                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5093                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5094                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5095                         if (va_next < sva)
5096                                 va_next = eva;
5097                         continue;
5098                 }
5099
5100                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5101                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5102                 if (va_next < sva)
5103                         va_next = eva;
5104                 if (pmap_load(l1) == 0)
5105                         continue;
5106
5107                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5108                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5109                         KASSERT(va_next <= eva,
5110                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5111                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5112                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
5113                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
5114                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
5115                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
5116                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
5117                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
5118                         continue;
5119                 }
5120
5121                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5122                 if (va_next < sva)
5123                         va_next = eva;
5124
5125                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5126                 if (pmap_load(l2) == 0)
5127                         continue;
5128
5129                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5130                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
5131                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
5132                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
5133
5134                         /*
5135                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5136                          * demote the mapping and fall through.
5137                          */
5138                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
5139                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
5140                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
5141                                     PAGE_SIZE;
5142                                 continue;
5143                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
5144                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5145                 }
5146                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5147                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
5148
5149                 if (va_next > eva)
5150                         va_next = eva;
5151                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5152                     sva += L3_SIZE) {
5153                         if (pmap_load(l3) == 0)
5154                                 continue;
5155                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
5156                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
5157                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
5158
5159                         /*
5160                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
5161                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
5162                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
5163                          */
5164                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
5165                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5166                 }
5167         }
5168         PMAP_UNLOCK(pmap);
5169 }
5170
5171 /*
5172  *      Copy the range specified by src_addr/len
5173  *      from the source map to the range dst_addr/len
5174  *      in the destination map.
5175  *
5176  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5177  *
5178  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
5179  *      it should not have to flush the instruction cache.
5180  */
5181 void
5182 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5183     vm_offset_t src_addr)
5184 {
5185         struct rwlock *lock;
5186         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
5187         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
5188         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
5189         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
5190
5191         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
5192         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
5193
5194         if (dst_addr != src_addr)
5195                 return;
5196         end_addr = src_addr + len;
5197         lock = NULL;
5198         if (dst_pmap < src_pmap) {
5199                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5200                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5201         } else {
5202                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5203                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5204         }
5205         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5206                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
5207                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5208                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5209                         if (va_next < addr)
5210                                 va_next = end_addr;
5211                         continue;
5212                 }
5213
5214                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5215                 if (va_next < addr)
5216                         va_next = end_addr;
5217                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
5218                 if (pmap_load(l1) == 0)
5219                         continue;
5220                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
5221                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
5222                         KASSERT(va_next <= end_addr,
5223                             ("partial update of non-transparent 1G page "
5224                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5225                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5226                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
5227                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5228                         if (l1 == NULL) {
5229                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
5230                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
5231                                         break;
5232                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
5233                         } else {
5234                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
5235                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
5236                                     ~ATTR_MASK);
5237                                 dst_m->ref_count++;
5238                         }
5239                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
5240                             ("1G mapping present in dst pmap "
5241                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
5242                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
5243                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
5244                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
5245                         continue;
5246                 }
5247
5248                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5249                 if (va_next < addr)
5250                         va_next = end_addr;
5251                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
5252                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
5253                 if (srcptepaddr == 0)
5254                         continue;
5255                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5256                         /*
5257                          * We can only virtual copy whole superpages.
5258                          */
5259                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
5260                             addr + L2_SIZE > end_addr)
5261                                 continue;
5262                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
5263                         if (l2 == NULL)
5264                                 break;
5265                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
5266                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
5267                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5268                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5269                                 /*
5270                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5271                                  * managed read/write superpage mappings are
5272                                  * required to be dirty.  However, managed
5273                                  * superpage mappings are not required to
5274                                  * have their accessed bit set, so we clear
5275                                  * it because we don't know if this mapping
5276                                  * will be used.
5277                                  */
5278                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5279                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5280                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5281                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5282                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5283                                     PAGE_SIZE);
5284                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5285                         } else
5286                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5287                         continue;
5288                 }
5289                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5290                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5291                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5292                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5293                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5294                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5295                 if (va_next > end_addr)
5296                         va_next = end_addr;
5297                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5298                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5299                 dstmpte = NULL;
5300                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5301                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5302
5303                         /*
5304                          * We only virtual copy managed pages.
5305                          */
5306                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5307                                 continue;
5308
5309                         if (dstmpte != NULL) {
5310                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5311                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5312                                 dstmpte->ref_count++;
5313                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5314                             NULL)) == NULL)
5315                                 goto out;
5316                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5317                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5318                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5319                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5320                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5321                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5322                                 /*
5323                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5324                                  * (referenced) bits during the copy.
5325                                  */
5326                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5327                                 nbits = 0;
5328                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5329                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5330                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5331                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5332                         } else {
5333                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5334                                 goto out;
5335                         }
5336                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5337                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5338                                 break;
5339                 }
5340         }
5341 out:
5342         /*
5343          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5344          * not active.
5345          */
5346         dsb(ishst);
5347
5348         if (lock != NULL)
5349                 rw_wunlock(lock);
5350         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5351         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5352 }
5353
5354 /*
5355  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5356  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5357  */
5358 void
5359 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5360 {
5361         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5362
5363         pagezero((void *)va);
5364 }
5365
5366 /*
5367  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5368  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5369  *
5370  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5371  */
5372 void
5373 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5374 {
5375         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5376
5377         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5378                 pagezero((void *)va);
5379         else
5380                 bzero((char *)va + off, size);
5381 }
5382
5383 /*
5384  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5385  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5386  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5387  *      time.
5388  */
5389 void
5390 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5391 {
5392         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5393         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5394
5395         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5396 }
5397
5398 int unmapped_buf_allowed = 1;
5399
5400 void
5401 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5402     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5403 {
5404         void *a_cp, *b_cp;
5405         vm_page_t m_a, m_b;
5406         vm_paddr_t p_a, p_b;
5407         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5408         int cnt;
5409
5410         while (xfersize > 0) {
5411                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5412                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5413                 p_a = m_a->phys_addr;
5414                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5415                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5416                 p_b = m_b->phys_addr;
5417                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5418                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5419                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5420                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5421                 } else {
5422                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5423                 }
5424                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5425                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5426                 } else {
5427                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5428                 }
5429                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5430                 a_offset += cnt;
5431                 b_offset += cnt;
5432                 xfersize -= cnt;
5433         }
5434 }
5435
5436 vm_offset_t
5437 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5438 {
5439
5440         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5441 }
5442
5443 void
5444 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5445 {
5446 }
5447
5448 /*
5449  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5450  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5451  * be changed upwards or downwards in the future; it
5452  * is only necessary that true be returned for a small
5453  * subset of pmaps for proper page aging.
5454  */
5455 boolean_t
5456 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5457 {
5458         struct md_page *pvh;
5459         struct rwlock *lock;
5460         pv_entry_t pv;
5461         int loops = 0;
5462         boolean_t rv;
5463
5464         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5465             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5466         rv = FALSE;
5467         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5468         rw_rlock(lock);
5469         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5470                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5471                         rv = TRUE;
5472                         break;
5473                 }
5474                 loops++;
5475                 if (loops >= 16)
5476                         break;
5477         }
5478         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5479                 pvh = page_to_pvh(m);
5480                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5481                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5482                                 rv = TRUE;
5483                                 break;
5484                         }
5485                         loops++;
5486                         if (loops >= 16)
5487                                 break;
5488                 }
5489         }
5490         rw_runlock(lock);
5491         return (rv);
5492 }
5493
5494 /*
5495  *      pmap_page_wired_mappings:
5496  *
5497  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5498  *      that are wired.
5499  */
5500 int
5501 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5502 {
5503         struct rwlock *lock;
5504         struct md_page *pvh;
5505         pmap_t pmap;
5506         pt_entry_t *pte;
5507         pv_entry_t pv;
5508         int count, md_gen, pvh_gen;
5509
5510         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5511                 return (0);
5512         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5513         rw_rlock(lock);
5514 restart:
5515         count = 0;
5516         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5517                 pmap = PV_PMAP(pv);
5518                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5519                         md_gen = m->md.pv_gen;
5520                         rw_runlock(lock);
5521                         PMAP_LOCK(pmap);
5522                         rw_rlock(lock);
5523                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5524                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5525                                 goto restart;
5526                         }
5527                 }
5528                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5529                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5530                         count++;
5531                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5532         }
5533         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5534                 pvh = page_to_pvh(m);
5535                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5536                         pmap = PV_PMAP(pv);
5537                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5538                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5539                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5540                                 rw_runlock(lock);
5541                                 PMAP_LOCK(pmap);
5542                                 rw_rlock(lock);
5543                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5544                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5545                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5546                                         goto restart;
5547                                 }
5548                         }
5549                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5550                         if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5551                                 count++;
5552                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5553                 }
5554         }
5555         rw_runlock(lock);
5556         return (count);
5557 }
5558
5559 /*
5560  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5561  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5562  */
5563 bool
5564 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5565 {
5566         struct rwlock *lock;
5567         bool rv;
5568
5569         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5570                 return (false);
5571         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5572         rw_rlock(lock);
5573         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5574             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5575             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5576         rw_runlock(lock);
5577         return (rv);
5578 }
5579
5580 /*
5581  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5582  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5583  * caller.
5584  *
5585  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5586  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5587  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5588  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5589  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5590  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5591  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5592  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5593  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5594  * this function starts.
5595  */
5596 void
5597 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5598 {
5599         pd_entry_t *pde;
5600         pt_entry_t *pte, tpte;
5601         struct spglist free;
5602         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
5603         vm_page_t m, ml3, mt;
5604         pv_entry_t pv;
5605         struct md_page *pvh;
5606         struct pv_chunk *pc, *npc;
5607         struct rwlock *lock;
5608         int64_t bit;
5609         uint64_t inuse, bitmask;
5610         int allfree, field, i, idx, lvl;
5611         int freed __pvused;
5612         vm_paddr_t pa;
5613
5614         lock = NULL;
5615
5616         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5617                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
5618         SLIST_INIT(&free);
5619         PMAP_LOCK(pmap);
5620         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5621                 allfree = 1;
5622                 freed = 0;
5623                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5624                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5625                         while (inuse != 0) {
5626                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5627                                 bitmask = 1UL << bit;
5628                                 idx = field * 64 + bit;
5629                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5630                                 inuse &= ~bitmask;
5631
5632                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5633                                 KASSERT(pde != NULL,
5634                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5635
5636                                 switch(lvl) {
5637                                 case 1:
5638                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5639                                         tpte = pmap_load(pte); 
5640                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5641                                             L2_BLOCK,
5642                                             ("Attempting to remove an invalid "
5643                                             "block: %lx", tpte));
5644                                         break;
5645                                 case 2:
5646                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5647                                         tpte = pmap_load(pte);
5648                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5649                                             L3_PAGE,
5650                                             ("Attempting to remove an invalid "
5651                                              "page: %lx", tpte));
5652                                         break;
5653                                 default:
5654                                         panic(
5655                                             "Invalid page directory level: %d",
5656                                             lvl);
5657                                 }
5658
5659 /*
5660  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5661  */
5662                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5663                                         allfree = 0;
5664                                         continue;
5665                                 }
5666
5667                                 /* Mark free */
5668                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5669
5670                                 /*
5671                                  * Because this pmap is not active on other
5672                                  * processors, the dirty bit cannot have
5673                                  * changed state since we last loaded pte.
5674                                  */
5675                                 pmap_clear(pte);
5676
5677                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5678
5679                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5680                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5681                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5682                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5683                                     (uintmax_t)tpte));
5684
5685                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5686                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5687                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5688                                     (uintmax_t)tpte));
5689
5690                                 /*
5691                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5692                                  */
5693                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5694                                         switch (lvl) {
5695                                         case 1:
5696                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5697                                                         vm_page_dirty(mt);
5698                                                 break;
5699                                         case 2:
5700                                                 vm_page_dirty(m);
5701                                                 break;
5702                                         }
5703                                 }
5704
5705                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5706
5707                                 switch (lvl) {
5708                                 case 1:
5709                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5710                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5711                                         pvh = page_to_pvh(m);
5712                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5713                                         pvh->pv_gen++;
5714                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5715                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5716                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5717                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5718                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5719                                         }
5720                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5721                                             pv->pv_va);
5722                                         if (ml3 != NULL) {
5723                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5724                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5725                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5726                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5727                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5728                                                 ml3->ref_count = 0;
5729                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5730                                                     &free, FALSE);
5731                                         }
5732                                         break;
5733                                 case 2:
5734                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5735                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5736                                             pv_next);
5737                                         m->md.pv_gen++;
5738                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5739                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5740                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5741                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5742                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5743                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5744                                                             PGA_WRITEABLE);
5745                                         }
5746                                         break;
5747                                 }
5748                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5749                                     &free);
5750                                 freed++;
5751                         }
5752                 }
5753                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5754                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5755                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5756                 if (allfree) {
5757                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5758                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc,
5759                             pc_list);
5760                 }
5761         }
5762         if (lock != NULL)
5763                 rw_wunlock(lock);
5764         pmap_invalidate_all(pmap);
5765         free_pv_chunk_batch(free_chunks);
5766         PMAP_UNLOCK(pmap);
5767         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5768 }
5769
5770 /*
5771  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5772  */
5773 static boolean_t
5774 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5775 {
5776         struct rwlock *lock;
5777         pv_entry_t pv;
5778         struct md_page *pvh;
5779         pt_entry_t *pte, mask, value;
5780         pmap_t pmap;
5781         int md_gen, pvh_gen;
5782         boolean_t rv;
5783
5784         rv = FALSE;
5785         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5786         rw_rlock(lock);
5787 restart:
5788         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5789                 pmap = PV_PMAP(pv);
5790                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5791                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5792                         md_gen = m->md.pv_gen;
5793                         rw_runlock(lock);
5794                         PMAP_LOCK(pmap);
5795                         rw_rlock(lock);
5796                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5797                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5798                                 goto restart;
5799                         }
5800                 }
5801                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5802                 mask = 0;
5803                 value = 0;
5804                 if (modified) {
5805                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5806                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5807                 }
5808                 if (accessed) {
5809                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5810                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5811                 }
5812                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5813                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5814                 if (rv)
5815                         goto out;
5816         }
5817         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5818                 pvh = page_to_pvh(m);
5819                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5820                         pmap = PV_PMAP(pv);
5821                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5822                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5823                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5824                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5825                                 rw_runlock(lock);
5826                                 PMAP_LOCK(pmap);
5827                                 rw_rlock(lock);
5828                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5829                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5830                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5831                                         goto restart;
5832                                 }
5833                         }
5834                         pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 2, __func__);
5835                         mask = 0;
5836                         value = 0;
5837                         if (modified) {
5838                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5839                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5840                         }
5841                         if (accessed) {
5842                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5843                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5844                         }
5845                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5846                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5847                         if (rv)
5848                                 goto out;
5849                 }
5850         }
5851 out:
5852         rw_runlock(lock);
5853         return (rv);
5854 }
5855
5856 /*
5857  *      pmap_is_modified:
5858  *
5859  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5860  *      in any physical maps.
5861  */
5862 boolean_t
5863 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5864 {
5865
5866         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5867             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5868
5869         /*
5870          * If the page is not busied then this check is racy.
5871          */
5872         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5873                 return (FALSE);
5874         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5875 }
5876
5877 /*
5878  *      pmap_is_prefaultable:
5879  *
5880  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5881  *      for prefault.
5882  */
5883 boolean_t
5884 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5885 {
5886         pd_entry_t *pde;
5887         pt_entry_t *pte;
5888         boolean_t rv;
5889         int lvl;
5890
5891         /*
5892          * Return TRUE if and only if the L3 entry for the specified virtual
5893          * address is allocated but invalid.
5894          */
5895         rv = FALSE;
5896         PMAP_LOCK(pmap);
5897         pde = pmap_pde(pmap, addr, &lvl);
5898         if (pde != NULL && lvl == 2) {
5899                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, addr);
5900                 rv = pmap_load(pte) == 0;
5901         }
5902         PMAP_UNLOCK(pmap);
5903         return (rv);
5904 }
5905
5906 /*
5907  *      pmap_is_referenced:
5908  *
5909  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5910  *      in any physical maps.
5911  */
5912 boolean_t
5913 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5914 {
5915
5916         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5917             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5918         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5919 }
5920
5921 /*
5922  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5923  */
5924 void
5925 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5926 {
5927         struct md_page *pvh;
5928         pmap_t pmap;
5929         struct rwlock *lock;
5930         pv_entry_t next_pv, pv;
5931         pt_entry_t oldpte, *pte, set, clear, mask, val;
5932         vm_offset_t va;
5933         int md_gen, pvh_gen;
5934
5935         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5936             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5937         vm_page_assert_busied(m);
5938
5939         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5940                 return;
5941         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5942         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5943         rw_wlock(lock);
5944 retry:
5945         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5946                 pmap = PV_PMAP(pv);
5947                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5948                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5949                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5950                         rw_wunlock(lock);
5951                         PMAP_LOCK(pmap);
5952                         rw_wlock(lock);
5953                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5954                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5955                                 goto retry;
5956                         }
5957                 }
5958                 va = pv->pv_va;
5959                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
5960                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5961                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5962                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5963                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5964                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5965                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5966         }
5967         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5968                 pmap = PV_PMAP(pv);
5969                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5970                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5971                         md_gen = m->md.pv_gen;
5972                         rw_wunlock(lock);
5973                         PMAP_LOCK(pmap);
5974                         rw_wlock(lock);
5975                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5976                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5977                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5978                                 goto retry;
5979                         }
5980                 }
5981                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
5982                 oldpte = pmap_load(pte);
5983                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5984                         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
5985                                 set = ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5986                                 clear = 0;
5987                                 mask = ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5988                                 val = ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5989                         } else {
5990                                 set = 0;
5991                                 clear = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
5992                                 mask = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
5993                                 val = ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
5994                         }
5995                         clear |= ATTR_SW_DBM;
5996                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5997                             (oldpte | set) & ~clear))
5998                                 cpu_spinwait();
5999
6000                         if ((oldpte & mask) == val)
6001                                 vm_page_dirty(m);
6002                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6003                 }
6004                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6005         }
6006         rw_wunlock(lock);
6007         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6008 }
6009
6010 /*
6011  *      pmap_ts_referenced:
6012  *
6013  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6014  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6015  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6016  *      reference bits set.
6017  *
6018  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6019  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6020  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6021  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6022  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6023  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6024  *      to pmap_is_modified().
6025  */
6026 int
6027 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6028 {
6029         struct md_page *pvh;
6030         pv_entry_t pv, pvf;
6031         pmap_t pmap;
6032         struct rwlock *lock;
6033         pt_entry_t *pte, tpte;
6034         vm_offset_t va;
6035         vm_paddr_t pa;
6036         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6037         struct spglist free;
6038
6039         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6040             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6041         SLIST_INIT(&free);
6042         cleared = 0;
6043         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6044         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6045         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6046         rw_wlock(lock);
6047 retry:
6048         not_cleared = 0;
6049         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6050                 goto small_mappings;
6051         pv = pvf;
6052         do {
6053                 if (pvf == NULL)
6054                         pvf = pv;
6055                 pmap = PV_PMAP(pv);
6056                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6057                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6058                         rw_wunlock(lock);
6059                         PMAP_LOCK(pmap);
6060                         rw_wlock(lock);
6061                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6062                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6063                                 goto retry;
6064                         }
6065                 }
6066                 va = pv->pv_va;
6067                 pte = pmap_pte_exists(pmap, va, 2, __func__);
6068                 tpte = pmap_load(pte);
6069                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
6070                         /*
6071                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
6072                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6073                          * we only update the 4KB page under test.
6074                          */
6075                         vm_page_dirty(m);
6076                 }
6077                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
6078                         /*
6079                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
6080                          * it should not be cleared every time it is tested.
6081                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
6082                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
6083                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
6084                          * which testing the reference bit will result in
6085                          * clearing that reference bit.  This function is
6086                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
6087                          * for every 2MB page mapping.
6088                          *
6089                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6090                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6091                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6092                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6093                          * since the superpage is wired, the current state of
6094                          * its reference bit won't affect page replacement.
6095                          */
6096                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
6097                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
6098                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6099                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
6100                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
6101                                 cleared++;
6102                         } else
6103                                 not_cleared++;
6104                 }
6105                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6106                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6107                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6108                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6109                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6110                         pvh->pv_gen++;
6111                 }
6112                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6113                         goto out;
6114         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6115 small_mappings:
6116         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6117                 goto out;
6118         pv = pvf;
6119         do {
6120                 if (pvf == NULL)
6121                         pvf = pv;
6122                 pmap = PV_PMAP(pv);
6123                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6124                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6125                         md_gen = m->md.pv_gen;
6126                         rw_wunlock(lock);
6127                         PMAP_LOCK(pmap);
6128                         rw_wlock(lock);
6129                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6130                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6131                                 goto retry;
6132                         }
6133                 }
6134                 pte = pmap_pte_exists(pmap, pv->pv_va, 3, __func__);
6135                 tpte = pmap_load(pte);
6136                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
6137                         vm_page_dirty(m);
6138                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
6139                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6140                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
6141                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6142                                 cleared++;
6143                         } else
6144                                 not_cleared++;
6145                 }
6146                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6147                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6148                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6149                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6150                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6151                         m->md.pv_gen++;
6152                 }
6153         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6154             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6155 out:
6156         rw_wunlock(lock);
6157         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6158         return (cleared + not_cleared);
6159 }
6160
6161 /*
6162  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6163  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6164  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6165  */
6166 void
6167 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6168 {
6169         struct rwlock *lock;
6170         vm_offset_t va, va_next;
6171         vm_page_t m;
6172         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
6173         pt_entry_t *l3, oldl3;
6174
6175         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6176
6177         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6178                 return;
6179
6180         PMAP_LOCK(pmap);
6181         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6182                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
6183                 if (pmap_load(l0) == 0) {
6184                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
6185                         if (va_next < sva)
6186                                 va_next = eva;
6187                         continue;
6188                 }
6189
6190                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
6191                 if (va_next < sva)
6192                         va_next = eva;
6193                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
6194                 if (pmap_load(l1) == 0)
6195                         continue;
6196                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
6197                         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6198                         continue;
6199                 }
6200
6201                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
6202                 if (va_next < sva)
6203                         va_next = eva;
6204                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
6205                 oldl2 = pmap_load(l2);
6206                 if (oldl2 == 0)
6207                         continue;
6208                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
6209                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
6210                                 continue;
6211                         lock = NULL;
6212                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
6213                                 if (lock != NULL)
6214                                         rw_wunlock(lock);
6215
6216                                 /*
6217                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
6218                                  */
6219                                 continue;
6220                         }
6221
6222                         /*
6223                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6224                          * mapping to a single page so that a subsequent
6225                          * access may repromote.  Choosing the last page
6226                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
6227                          * generally results in more repromotions.  Since the
6228                          * underlying page table page is fully populated, this
6229                          * removal never frees a page table page.
6230                          */
6231                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6232                                 va = eva;
6233                                 if (va > va_next)
6234                                         va = va_next;
6235                                 va -= PAGE_SIZE;
6236                                 KASSERT(va >= sva,
6237                                     ("pmap_advise: no address gap"));
6238                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6239                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
6240                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6241                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
6242                                     NULL, &lock);
6243                         }
6244                         if (lock != NULL)
6245                                 rw_wunlock(lock);
6246                 }
6247                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
6248                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
6249                 if (va_next > eva)
6250                         va_next = eva;
6251                 va = va_next;
6252                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
6253                     sva += L3_SIZE) {
6254                         oldl3 = pmap_load(l3);
6255                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
6256                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
6257                                 goto maybe_invlrng;
6258                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
6259                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6260                                         /*
6261                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6262                                          * can be avoided by making the page
6263                                          * dirty now.
6264                                          */
6265                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
6266                                         vm_page_dirty(m);
6267                                 }
6268                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6269                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
6270                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6271                                         cpu_spinwait();
6272                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
6273                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
6274                         else
6275                                 goto maybe_invlrng;
6276                         if (va == va_next)
6277                                 va = sva;
6278                         continue;
6279 maybe_invlrng:
6280                         if (va != va_next) {
6281                                 pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6282                                 va = va_next;
6283                         }
6284                 }
6285                 if (va != va_next)
6286                         pmap_s1_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6287         }
6288         PMAP_UNLOCK(pmap);
6289 }
6290
6291 /*
6292  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6293  */
6294 void
6295 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6296 {
6297         struct md_page *pvh;
6298         struct rwlock *lock;
6299         pmap_t pmap;
6300         pv_entry_t next_pv, pv;
6301         pd_entry_t *l2, oldl2;
6302         pt_entry_t *l3, oldl3;
6303         vm_offset_t va;
6304         int md_gen, pvh_gen;
6305
6306         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6307             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6308         vm_page_assert_busied(m);
6309
6310         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6311                 return;
6312         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6313         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6314         rw_wlock(lock);
6315 restart:
6316         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6317                 pmap = PV_PMAP(pv);
6318                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6319                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6320                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6321                         rw_wunlock(lock);
6322                         PMAP_LOCK(pmap);
6323                         rw_wlock(lock);
6324                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6325                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6326                                 goto restart;
6327                         }
6328                 }
6329                 va = pv->pv_va;
6330                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6331                 oldl2 = pmap_load(l2);
6332                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6333                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6334                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6335                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6336                         /*
6337                          * Write protect the mapping to a single page so that
6338                          * a subsequent write access may repromote.
6339                          */
6340                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6341                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6342                         oldl3 = pmap_load(l3);
6343                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6344                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6345                                 cpu_spinwait();
6346                         vm_page_dirty(m);
6347                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, va, true);
6348                 }
6349                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6350         }
6351         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6352                 pmap = PV_PMAP(pv);
6353                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6354                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6355                         md_gen = m->md.pv_gen;
6356                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6357                         rw_wunlock(lock);
6358                         PMAP_LOCK(pmap);
6359                         rw_wlock(lock);
6360                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6361                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6362                                 goto restart;
6363                         }
6364                 }
6365                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6366                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6367                 oldl3 = pmap_load(l3);
6368                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6369                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6370                         pmap_s1_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6371                 }
6372                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6373         }
6374         rw_wunlock(lock);
6375 }
6376
6377 void *
6378 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6379 {
6380         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6381         vm_offset_t va, offset;
6382         pd_entry_t *pde;
6383         pt_entry_t *l2;
6384         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6385
6386         if (!vm_initialized) {
6387                 /*
6388                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6389                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6390                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6391                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6392                  */
6393                  if (size == 0)
6394                          return (NULL);
6395
6396                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6397                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6398                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6399
6400                 offset = pa & L2_OFFSET;
6401
6402                 if (preinit_map_va == 0)
6403                         return (NULL);
6404
6405                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6406
6407                 free_l2_count = 0;
6408                 start_idx = -1;
6409                 /* Find enough free contiguous VA space */
6410                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6411                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6412                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6413                                 /* Not enough space here */
6414                                 free_l2_count = 0;
6415                                 start_idx = -1;
6416                                 continue;
6417                         }
6418
6419                         if (ppim->pa == 0) {
6420                                 /* Free L2 block */
6421                                 if (start_idx == -1)
6422                                         start_idx = i;
6423                                 free_l2_count++;
6424                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6425                                         break;
6426                         }
6427                 }
6428                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6429                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6430
6431                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6432                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6433                         /* Mark entries as allocated */
6434                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6435                         ppim->pa = pa;
6436                         ppim->va = va + offset;
6437                         ppim->size = size;
6438                 }
6439
6440                 /* Map L2 blocks */
6441                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6442                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6443                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6444                         KASSERT(pde != NULL,
6445                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6446                             va));
6447                         KASSERT(lvl == 1,
6448                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6449
6450                         /* Insert L2_BLOCK */
6451                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6452                         pmap_load_store(l2,
6453                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6454                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6455
6456                         va += L2_SIZE;
6457                         pa += L2_SIZE;
6458                 }
6459                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6460
6461                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6462
6463         } else {
6464                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6465                 offset = pa & PAGE_MASK;
6466                 size = round_page(offset + size);
6467
6468                 va = kva_alloc(size);
6469                 if (va == 0)
6470                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6471
6472                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6473                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6474
6475                 /* L3 table is linked */
6476                 va = trunc_page(va);
6477                 pa = trunc_page(pa);
6478                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6479         }
6480
6481         return ((void *)(va + offset));
6482 }
6483
6484 void
6485 pmap_unmapbios(void *p, vm_size_t size)
6486 {
6487         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6488         vm_offset_t offset, tmpsize, va, va_trunc;
6489         pd_entry_t *pde;
6490         pt_entry_t *l2;
6491         int i, lvl, l2_blocks, block;
6492         bool preinit_map;
6493
6494         va = (vm_offset_t)p;
6495         l2_blocks =
6496            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6497         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6498
6499         /* Remove preinit mapping */
6500         preinit_map = false;
6501         block = 0;
6502         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6503                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6504                 if (ppim->va == va) {
6505                         KASSERT(ppim->size == size,
6506                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6507                         ppim->va = 0;
6508                         ppim->pa = 0;
6509                         ppim->size = 0;
6510                         preinit_map = true;
6511                         offset = block * L2_SIZE;
6512                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6513
6514                         /* Remove L2_BLOCK */
6515                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6516                         KASSERT(pde != NULL,
6517                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6518                             va_trunc));
6519                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6520                         pmap_clear(l2);
6521
6522                         if (block == (l2_blocks - 1))
6523                                 break;
6524                         block++;
6525                 }
6526         }
6527         if (preinit_map) {
6528                 pmap_s1_invalidate_all(kernel_pmap);
6529                 return;
6530         }
6531
6532         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6533         if (vm_initialized) {
6534                 offset = va & PAGE_MASK;
6535                 size = round_page(offset + size);
6536                 va = trunc_page(va);
6537
6538                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6539                 KASSERT(pde != NULL,
6540                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6541                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6542
6543                 /* Unmap and invalidate the pages */
6544                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6545                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6546
6547                 kva_free(va, size);
6548         }
6549 }
6550
6551 /*
6552  * Sets the memory attribute for the specified page.
6553  */
6554 void
6555 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6556 {
6557
6558         m->md.pv_memattr = ma;
6559
6560         /*
6561          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6562          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6563          * required for data coherence.
6564          */
6565         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6566             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6567             m->md.pv_memattr) != 0)
6568                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6569 }
6570
6571 /*
6572  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6573  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6574  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6575  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6576  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6577  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6578  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6579  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6580  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6581  * same physical page have different memory types.
6582  *
6583  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6584  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6585  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6586  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6587  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6588  * virtual address range or the direct map.
6589  */
6590 int
6591 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6592 {
6593         int error;
6594
6595         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6596         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6597         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6598         return (error);
6599 }
6600
6601 /*
6602  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6603  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6604  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6605  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6606  * map are never executable.
6607  */
6608 int
6609 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6610 {
6611         int error;
6612
6613         /* Only supported within the kernel map. */
6614         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6615                 return (EINVAL);
6616
6617         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6618         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6619         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6620         return (error);
6621 }
6622
6623 static int
6624 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6625     int mode, bool skip_unmapped)
6626 {
6627         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6628         vm_size_t pte_size;
6629         vm_paddr_t pa;
6630         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6631         pt_entry_t bits, mask;
6632         int lvl, rv;
6633
6634         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6635         base = trunc_page(va);
6636         offset = va & PAGE_MASK;
6637         size = round_page(offset + size);
6638
6639         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6640             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6641                 return (EINVAL);
6642
6643         bits = 0;
6644         mask = 0;
6645         if (mode != -1) {
6646                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6647                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6648                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6649                         mask |= ATTR_S1_XN;
6650                         bits |= ATTR_S1_XN;
6651                 }
6652         }
6653         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6654                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6655                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6656                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6657                         /*
6658                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6659                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6660                          * instructions.
6661                          */
6662                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6663                 }
6664
6665                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6666                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6667                 }
6668                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6669                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6670                 }
6671                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6672                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6673         }
6674
6675         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6676                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6677                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6678                         return (EINVAL);
6679                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6680                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6681                         /*
6682                          * We already have the correct attribute or there
6683                          * is no memory mapped at this address and we are
6684                          * skipping unmapped memory.
6685                          */
6686                         switch (lvl) {
6687                         default:
6688                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6689                         case 1:
6690                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6691                                 break;
6692                         case 2:
6693                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6694                                 break;
6695                         case 3:
6696                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6697                                 break;
6698                         }
6699                 } else {
6700                         /* We can't demote/promote this entry */
6701                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6702
6703                         /*
6704                          * Split the entry to an level 3 table, then
6705                          * set the new attribute.
6706                          */
6707                         switch (lvl) {
6708                         default:
6709                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6710                         case 1:
6711                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6712                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6713                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6714                                         pte_size = L1_SIZE;
6715                                         break;
6716                                 }
6717                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6718                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6719                                 if (newpte == NULL)
6720                                         return (EINVAL);
6721                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6722                                 /* FALLTHROUGH */
6723                         case 2:
6724                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6725                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6726                                         pte_size = L2_SIZE;
6727                                         break;
6728                                 }
6729                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6730                                     tmpva);
6731                                 if (newpte == NULL)
6732                                         return (EINVAL);
6733                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6734                                 /* FALLTHROUGH */
6735                         case 3:
6736                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6737                                 break;
6738                         }
6739
6740                         /* Update the entry */
6741                         pte = pmap_load(ptep);
6742                         pte &= ~mask;
6743                         pte |= bits;
6744
6745                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6746                             pte_size);
6747
6748                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6749                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6750                                 /*
6751                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6752                                  */
6753                                 rv = pmap_change_props_locked(
6754                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6755                                     prot, mode, true);
6756                                 if (rv != 0)
6757                                         return (rv);
6758                         }
6759
6760                         /*
6761                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6762                          * the cache.
6763                          */
6764                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6765                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6766                         tmpva += pte_size;
6767                 }
6768         }
6769
6770         return (0);
6771 }
6772
6773 /*
6774  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6775  */
6776 static pt_entry_t *
6777 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6778 {
6779         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6780         vm_offset_t tmpl1;
6781         vm_paddr_t l2phys, phys;
6782         vm_page_t ml2;
6783         int i;
6784
6785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6786         oldl1 = pmap_load(l1);
6787         PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
6788         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6789             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6790         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6791             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6792         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6793             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6794         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6795             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6796
6797         tmpl1 = 0;
6798         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6799                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6800                 if (tmpl1 == 0)
6801                         return (NULL);
6802         }
6803
6804         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6805             NULL) {
6806                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6807                     " in pmap %p", va, pmap);
6808                 l2 = NULL;
6809                 goto fail;
6810         }
6811
6812         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6813         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6814
6815         /* Address the range points at */
6816         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6817         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6818         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6819
6820         /* Create the new entries */
6821         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6822                 l2[i] = newl2 | phys;
6823                 phys += L2_SIZE;
6824         }
6825         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6826             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6827             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6828
6829         if (tmpl1 != 0) {
6830                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6831                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6832                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6833                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6834         }
6835
6836         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6837
6838 fail:
6839         if (tmpl1 != 0) {
6840                 pmap_kremove(tmpl1);
6841                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6842         }
6843
6844         return (l2);
6845 }
6846
6847 static void
6848 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6849 {
6850         pt_entry_t *l3;
6851
6852         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6853                 *l3 = newl3;
6854                 newl3 += L3_SIZE;
6855         }
6856 }
6857
6858 static void
6859 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6860     struct rwlock **lockp)
6861 {
6862         struct spglist free;
6863
6864         SLIST_INIT(&free);
6865         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6866             lockp);
6867         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6868 }
6869
6870 /*
6871  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6872  */
6873 static pt_entry_t *
6874 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6875     struct rwlock **lockp)
6876 {
6877         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6878         vm_offset_t tmpl2;
6879         vm_paddr_t l3phys;
6880         vm_page_t ml3;
6881
6882         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6883         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6884         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6885             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6886
6887         l3 = NULL;
6888         oldl2 = pmap_load(l2);
6889         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6890             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6891         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6892             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6893         va &= ~L2_OFFSET;
6894
6895         tmpl2 = 0;
6896         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6897                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6898                 if (tmpl2 == 0)
6899                         return (NULL);
6900         }
6901
6902         /*
6903          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6904          * mapping was never accessed.
6905          */
6906         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6907                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6908                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6909                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6910                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6911                     va, pmap);
6912                 goto fail;
6913         }
6914
6915         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6916                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6917                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6918                     " is missing"));
6919
6920                 /*
6921                  * If the page table page is missing and the mapping
6922                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6923                  * either the direct map or the early kernel memory.
6924                  * Page table pages are preallocated for every other
6925                  * part of the kernel address space, so the direct map
6926                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6927                  * kernel address space that must be handled here.
6928                  */
6929                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6930                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6931                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6932
6933                 /*
6934                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6935                  * region of the kernel's address space, then the page
6936                  * allocation request specifies the highest possible
6937                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6938                  * priority is normal.
6939                  */
6940                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6941                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6942                     VM_ALLOC_WIRED);
6943
6944                 /*
6945                  * If the allocation of the new page table page fails,
6946                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6947                  */
6948                 if (ml3 == NULL) {
6949                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6950                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6951                             " in pmap %p", va, pmap);
6952                         goto fail;
6953                 }
6954                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6955
6956                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6957                         ml3->ref_count = NL3PG;
6958                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6959                 }
6960         }
6961         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6962         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6963         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6964         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6965             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6966             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6967
6968         /*
6969          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6970          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6971          *
6972          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6973          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6974          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6975          */
6976         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6977                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6978
6979         /*
6980          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6981          */
6982         if (tmpl2 != 0) {
6983                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6984                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6985                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6986                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6987         }
6988
6989         /*
6990          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6991          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6992          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6993          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6994          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6995          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6996          */
6997         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6998                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6999
7000         /*
7001          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
7002          * the 2MB page mapping.
7003          */
7004         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
7005
7006         /*
7007          * Demote the PV entry.
7008          */
7009         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
7010                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
7011
7012         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
7013         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
7014             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
7015
7016 fail:
7017         if (tmpl2 != 0) {
7018                 pmap_kremove(tmpl2);
7019                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
7020         }
7021
7022         return (l3);
7023
7024 }
7025
7026 static pt_entry_t *
7027 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
7028 {
7029         struct rwlock *lock;
7030         pt_entry_t *l3;
7031
7032         lock = NULL;
7033         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
7034         if (lock != NULL)
7035                 rw_wunlock(lock);
7036         return (l3);
7037 }
7038
7039 /*
7040  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
7041  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
7042  * find other mappings.
7043  */
7044 int
7045 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
7046 {
7047         pt_entry_t *pte, tpte;
7048         vm_paddr_t mask, pa;
7049         int lvl, val;
7050         bool managed;
7051
7052         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7053         PMAP_LOCK(pmap);
7054         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
7055         if (pte != NULL) {
7056                 tpte = pmap_load(pte);
7057
7058                 switch (lvl) {
7059                 case 3:
7060                         mask = L3_OFFSET;
7061                         break;
7062                 case 2:
7063                         mask = L2_OFFSET;
7064                         break;
7065                 case 1:
7066                         mask = L1_OFFSET;
7067                         break;
7068                 default:
7069                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
7070                 }
7071
7072                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
7073                 val = MINCORE_INCORE;
7074                 if (lvl != 3)
7075                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
7076                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
7077                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
7078                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7079                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
7080                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7081
7082                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
7083         } else {
7084                 managed = false;
7085                 val = 0;
7086         }
7087
7088         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7089             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
7090                 *pap = pa;
7091         }
7092         PMAP_UNLOCK(pmap);
7093         return (val);
7094 }
7095
7096 /*
7097  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
7098  * reserved.
7099  */
7100 static void
7101 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
7102 {
7103         pmap_t curpmap;
7104         int asid, cpuid, epoch;
7105         struct asid_set *set;
7106         enum pmap_stage stage;
7107
7108         set = pmap->pm_asid_set;
7109         stage = pmap->pm_stage;
7110
7111         set = pmap->pm_asid_set;
7112         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7113         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
7114
7115         /*
7116          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
7117          * loads from pc_curpmap are performed.
7118          */
7119         epoch = set->asid_epoch + 1;
7120         if (epoch == INT_MAX)
7121                 epoch = 0;
7122         set->asid_epoch = epoch;
7123         dsb(ishst);
7124         if (stage == PM_STAGE1) {
7125                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7126         } else {
7127                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
7128                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
7129                     __func__));
7130                 pmap_clean_stage2_tlbi();
7131         }
7132         dsb(ish);
7133         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7134             set->asid_set_size - 1);
7135         CPU_FOREACH(cpuid) {
7136                 if (cpuid == curcpu)
7137                         continue;
7138                 if (stage == PM_STAGE1) {
7139                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
7140                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7141                 } else {
7142                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
7143                         if (curpmap == NULL)
7144                                 continue;
7145                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7146                 }
7147                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
7148                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
7149                 if (asid == -1)
7150                         continue;
7151                 bit_set(set->asid_set, asid);
7152                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
7153         }
7154 }
7155
7156 /*
7157  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
7158  */
7159 static void
7160 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
7161 {
7162         struct asid_set *set;
7163         int new_asid;
7164
7165         set = pmap->pm_asid_set;
7166         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7167
7168         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
7169
7170         /*
7171          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
7172          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
7173          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
7174          * don't need to allocate a new ASID.
7175          */
7176         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
7177                 goto out;
7178
7179         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
7180             &new_asid);
7181         if (new_asid == -1) {
7182                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7183                     set->asid_next, &new_asid);
7184                 if (new_asid == -1) {
7185                         pmap_reset_asid_set(pmap);
7186                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
7187                             set->asid_set_size, &new_asid);
7188                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
7189                 }
7190         }
7191         bit_set(set->asid_set, new_asid);
7192         set->asid_next = new_asid + 1;
7193         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
7194 out:
7195         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
7196 }
7197
7198 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
7199
7200 /*
7201  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
7202  * pmap.  This value may change from time to time.
7203  */
7204 uint64_t
7205 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
7206 {
7207         uint64_t ttbr;
7208
7209         ttbr = pmap->pm_ttbr;
7210         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
7211         ttbr |= ttbr_flags;
7212
7213         return (ttbr);
7214 }
7215
7216 static void
7217 pmap_set_cnp(void *arg)
7218 {
7219         uint64_t ttbr0, ttbr1;
7220         u_int cpuid;
7221
7222         cpuid = *(u_int *)arg;
7223         if (cpuid == curcpu) {
7224                 /*
7225                  * Set the flags while all CPUs are handling the
7226                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
7227                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
7228                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
7229                  * to ensure all CPUs can observe this change.
7230                  */
7231                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
7232         }
7233
7234         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
7235         ttbr0 |= TTBR_CnP;
7236
7237         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
7238         ttbr1 |= TTBR_CnP;
7239
7240         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
7241         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
7242         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
7243         isb();
7244         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
7245         dsb(ish);
7246         isb();
7247 }
7248
7249 /*
7250  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
7251  * supported on all CPUs.
7252  */
7253 static void
7254 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
7255 {
7256         uint64_t reg;
7257         u_int cpuid;
7258
7259         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
7260                 return;
7261
7262         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
7263                 if (bootverbose)
7264                         printf("Enabling CnP\n");
7265                 cpuid = curcpu;
7266                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
7267         }
7268
7269 }
7270 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
7271
7272 static bool
7273 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
7274 {
7275         struct asid_set *set;
7276         int epoch;
7277
7278         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7279         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7280
7281         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7282             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7283                 /*
7284                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7285                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7286                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7287                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7288                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7289                  * instructions performed on the old processor have completed.
7290                  */
7291                 dsb(ish);
7292                 return (false);
7293         }
7294
7295         set = pmap->pm_asid_set;
7296         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7297
7298         /*
7299          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7300          * load from asid_epoch is performed.
7301          */
7302         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7303                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7304         else
7305                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7306         dsb(ish);
7307         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7308         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7309                 pmap_alloc_asid(pmap);
7310
7311         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7312                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7313                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7314                         invalidate_local_icache();
7315         }
7316         return (true);
7317 }
7318
7319 void
7320 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7321 {
7322
7323         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7324
7325         (void)pmap_activate_int(pmap);
7326 }
7327
7328 void
7329 pmap_activate(struct thread *td)
7330 {
7331         pmap_t  pmap;
7332
7333         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7334         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7335         critical_enter();
7336         (void)pmap_activate_int(pmap);
7337         critical_exit();
7338 }
7339
7340 /*
7341  * Activate the thread we are switching to.
7342  * To simplify the assembly in cpu_throw return the new threads pcb.
7343  */
7344 struct pcb *
7345 pmap_switch(struct thread *new)
7346 {
7347         pcpu_bp_harden bp_harden;
7348         struct pcb *pcb;
7349
7350         /* Store the new curthread */
7351         PCPU_SET(curthread, new);
7352
7353         /* And the new pcb */
7354         pcb = new->td_pcb;
7355         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7356
7357         /*
7358          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7359          * to a user process.
7360          */
7361
7362         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7363                 /*
7364                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7365                  * other processes. This will call into a CPU specific
7366                  * function that clears the branch predictor state.
7367                  */
7368                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7369                 if (bp_harden != NULL)
7370                         bp_harden();
7371         }
7372
7373         return (pcb);
7374 }
7375
7376 void
7377 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7378 {
7379
7380         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7381         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7382             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7383
7384         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7385                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7386         } else {
7387                 u_int len, offset;
7388                 vm_paddr_t pa;
7389
7390                 /* Find the length of data in this page to flush */
7391                 offset = va & PAGE_MASK;
7392                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7393
7394                 while (sz != 0) {
7395                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7396                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7397                         if (pa != 0)
7398                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7399
7400                         /* Move to the next page */
7401                         sz -= len;
7402                         va += len;
7403                         /* Set the length for the next iteration */
7404                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7405                 }
7406         }
7407 }
7408
7409 static int
7410 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7411 {
7412         pd_entry_t *pdep;
7413         pt_entry_t *ptep, pte;
7414         int rv, lvl, dfsc;
7415
7416         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7417         rv = KERN_FAILURE;
7418
7419         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7420         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7421         switch (dfsc) {
7422         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7423         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7424         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7425         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7426                 PMAP_LOCK(pmap);
7427                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7428                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7429                         PMAP_LOCK(pmap);
7430                         break;
7431                 }
7432
7433                 switch (lvl) {
7434                 case 0:
7435                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7436                         break;
7437                 case 1:
7438                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7439                         break;
7440                 case 2:
7441                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7442                         break;
7443                 default:
7444                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7445                 }
7446                 goto fault_exec;
7447
7448         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7449         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7450         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7451                 PMAP_LOCK(pmap);
7452                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7453 fault_exec:
7454                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7455                         if (icache_vmid) {
7456                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7457                         } else {
7458                                 /*
7459                                  * If accessing an executable page invalidate
7460                                  * the I-cache so it will be valid when we
7461                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7462                                  * is assumed to already be clean to the Point
7463                                  * of Coherency.
7464                                  */
7465                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7466                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7467                                         invalidate_icache();
7468                                 }
7469                         }
7470                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7471                         rv = KERN_SUCCESS;
7472                 }
7473                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7474                 break;
7475         }
7476
7477         return (rv);
7478 }
7479
7480 int
7481 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7482 {
7483         pt_entry_t pte, *ptep;
7484         register_t intr;
7485         uint64_t ec, par;
7486         int lvl, rv;
7487
7488         rv = KERN_FAILURE;
7489
7490         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7491         switch (ec) {
7492         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7493         case EXCP_INSN_ABORT:
7494         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7495         case EXCP_DATA_ABORT:
7496                 break;
7497         default:
7498                 return (rv);
7499         }
7500
7501         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7502                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7503
7504         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7505         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7506         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7507         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7508         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7509                 PMAP_LOCK(pmap);
7510                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7511                 if (ptep != NULL) {
7512                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7513                         rv = KERN_SUCCESS;
7514                         /*
7515                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7516                          * dirty if this is a write fault.
7517                          */
7518                 }
7519                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7520                 break;
7521         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7522         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7523         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7524                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7525                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7526                         return (rv);
7527                 PMAP_LOCK(pmap);
7528                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7529                 if (ptep != NULL &&
7530                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7531                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7532                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7533                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7534                                 pmap_s1_invalidate_page(pmap, far, true);
7535                         }
7536                         rv = KERN_SUCCESS;
7537                 }
7538                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7539                 break;
7540         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7541         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7542         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7543         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7544                 /*
7545                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7546                  * produce a transient fault.
7547                  */
7548                 if (pmap == kernel_pmap) {
7549                         /*
7550                          * The translation fault may have occurred within a
7551                          * critical section.  Therefore, we must check the
7552                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7553                          */
7554                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7555                                 rv = KERN_SUCCESS;
7556                 } else {
7557                         PMAP_LOCK(pmap);
7558                         /* Ask the MMU to check the address. */
7559                         intr = intr_disable();
7560                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7561                         intr_restore(intr);
7562                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7563
7564                         /*
7565                          * If the translation was successful, then we can
7566                          * return success to the trap handler.
7567                          */
7568                         if (PAR_SUCCESS(par))
7569                                 rv = KERN_SUCCESS;
7570                 }
7571                 break;
7572         }
7573
7574         return (rv);
7575 }
7576
7577 /*
7578  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7579  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7580  */
7581 void
7582 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7583     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7584 {
7585         vm_offset_t superpage_offset;
7586
7587         if (size < L2_SIZE)
7588                 return;
7589         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7590                 offset += ptoa(object->pg_color);
7591         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7592         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7593             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7594                 return;
7595         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7596                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7597         else
7598                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7599 }
7600
7601 /**
7602  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7603  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7604  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7605  *
7606  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7607  *                    address on the kernel memory map.
7608  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7609  *                    of the pages passed in the page parameter.
7610  * \param count       Number of pages passed in.
7611  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7612  *                    page faults, FALSE otherwise.
7613  *
7614  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7615  *          finished or FALSE otherwise.
7616  *
7617  */
7618 boolean_t
7619 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7620     boolean_t can_fault)
7621 {
7622         vm_paddr_t paddr;
7623         boolean_t needs_mapping;
7624         int error __diagused, i;
7625
7626         /*
7627          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7628          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7629          */
7630         needs_mapping = FALSE;
7631         for (i = 0; i < count; i++) {
7632                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7633                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7634                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7635                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7636                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7637                         needs_mapping = TRUE;
7638                 } else {
7639                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7640                 }
7641         }
7642
7643         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7644         if (!needs_mapping)
7645                 return (FALSE);
7646
7647         if (!can_fault)
7648                 sched_pin();
7649         for (i = 0; i < count; i++) {
7650                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7651                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7652                         panic(
7653                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7654                 }
7655         }
7656
7657         return (needs_mapping);
7658 }
7659
7660 void
7661 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7662     boolean_t can_fault)
7663 {
7664         vm_paddr_t paddr;
7665         int i;
7666
7667         if (!can_fault)
7668                 sched_unpin();
7669         for (i = 0; i < count; i++) {
7670                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7671                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7672                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7673                 }
7674         }
7675 }
7676
7677 boolean_t
7678 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7679 {
7680
7681         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7682 }
7683
7684 #if defined(KASAN)
7685 static vm_paddr_t       pmap_san_early_kernstart;
7686 static pd_entry_t       *pmap_san_early_l2;
7687
7688 void __nosanitizeaddress
7689 pmap_san_bootstrap(struct arm64_bootparams *abp)
7690 {
7691
7692         pmap_san_early_kernstart = KERNBASE - abp->kern_delta;
7693         kasan_init_early(abp->kern_stack, KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE);
7694 }
7695
7696 #define SAN_BOOTSTRAP_L2_SIZE   (1 * L2_SIZE)
7697 #define SAN_BOOTSTRAP_SIZE      (2 * PAGE_SIZE)
7698 static vm_offset_t __nosanitizeaddress
7699 pmap_san_enter_bootstrap_alloc_l2(void)
7700 {
7701         static uint8_t bootstrap_data[SAN_BOOTSTRAP_L2_SIZE] __aligned(L2_SIZE);
7702         static size_t offset = 0;
7703         vm_offset_t addr;
7704
7705         if (offset + L2_SIZE > sizeof(bootstrap_data)) {
7706                 panic("%s: out of memory for the bootstrap shadow map L2 entries",
7707                     __func__);
7708         }
7709
7710         addr = (uintptr_t)&bootstrap_data[offset];
7711         offset += L2_SIZE;
7712         return (addr);
7713 }
7714
7715 /*
7716  * SAN L1 + L2 pages, maybe L3 entries later?
7717  */
7718 static vm_offset_t __nosanitizeaddress
7719 pmap_san_enter_bootstrap_alloc_pages(int npages)
7720 {
7721         static uint8_t bootstrap_data[SAN_BOOTSTRAP_SIZE] __aligned(PAGE_SIZE);
7722         static size_t offset = 0;
7723         vm_offset_t addr;
7724
7725         if (offset + (npages * PAGE_SIZE) > sizeof(bootstrap_data)) {
7726                 panic("%s: out of memory for the bootstrap shadow map",
7727                     __func__);
7728         }
7729
7730         addr = (uintptr_t)&bootstrap_data[offset];
7731         offset += (npages * PAGE_SIZE);
7732         return (addr);
7733 }
7734
7735 static void __nosanitizeaddress
7736 pmap_san_enter_bootstrap(void)
7737 {
7738         vm_offset_t freemempos;
7739
7740         /* L1, L2 */
7741         freemempos = pmap_san_enter_bootstrap_alloc_pages(2);
7742         bs_state.freemempos = freemempos;
7743         bs_state.va = KASAN_MIN_ADDRESS;
7744         pmap_bootstrap_l1_table(&bs_state);
7745         pmap_san_early_l2 = bs_state.l2;
7746 }
7747
7748 static vm_page_t
7749 pmap_san_enter_alloc_l3(void)
7750 {
7751         vm_page_t m;
7752
7753         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
7754             VM_ALLOC_ZERO);
7755         if (m == NULL)
7756                 panic("%s: no memory to grow shadow map", __func__);
7757         return (m);
7758 }
7759
7760 static vm_page_t
7761 pmap_san_enter_alloc_l2(void)
7762 {
7763         return (vm_page_alloc_noobj_contig(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO,
7764             Ln_ENTRIES, 0, ~0ul, L2_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
7765 }
7766
7767 void __nosanitizeaddress
7768 pmap_san_enter(vm_offset_t va)
7769 {
7770         pd_entry_t *l1, *l2;
7771         pt_entry_t *l3;
7772         vm_page_t m;
7773
7774         if (virtual_avail == 0) {
7775                 vm_offset_t block;
7776                 int slot;
7777                 bool first;
7778
7779                 /* Temporary shadow map prior to pmap_bootstrap(). */
7780                 first = pmap_san_early_l2 == NULL;
7781                 if (first)
7782                         pmap_san_enter_bootstrap();
7783
7784                 l2 = pmap_san_early_l2;
7785                 slot = pmap_l2_index(va);
7786
7787                 if ((pmap_load(&l2[slot]) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7788                         MPASS(first);
7789                         block = pmap_san_enter_bootstrap_alloc_l2();
7790                         pmap_store(&l2[slot], pmap_early_vtophys(block) |
7791                             PMAP_SAN_PTE_BITS | L2_BLOCK);
7792                         dmb(ishst);
7793                 }
7794
7795                 return;
7796         }
7797
7798         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
7799         l1 = pmap_l1(kernel_pmap, va);
7800         MPASS(l1 != NULL);
7801         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7802                 m = pmap_san_enter_alloc_l3();
7803                 pmap_store(l1, (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & ~Ln_TABLE_MASK) |
7804                     L1_TABLE);
7805         }
7806         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
7807         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7808                 m = pmap_san_enter_alloc_l2();
7809                 if (m != NULL) {
7810                         pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PMAP_SAN_PTE_BITS |
7811                             L2_BLOCK);
7812                 } else {
7813                         m = pmap_san_enter_alloc_l3();
7814                         pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
7815                 }
7816                 dmb(ishst);
7817         }
7818         if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
7819                 return;
7820         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
7821         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_VALID) != 0)
7822                 return;
7823         m = pmap_san_enter_alloc_l3();
7824         pmap_store(l3, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PMAP_SAN_PTE_BITS | L3_PAGE);
7825         dmb(ishst);
7826 }
7827 #endif /* KASAN */
7828
7829 /*
7830  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7831  * in various mapping attributes.
7832  */
7833 struct pmap_kernel_map_range {
7834         vm_offset_t sva;
7835         pt_entry_t attrs;
7836         int l3pages;
7837         int l3contig;
7838         int l2blocks;
7839         int l1blocks;
7840 };
7841
7842 static void
7843 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7844     vm_offset_t eva)
7845 {
7846         const char *mode;
7847         int index;
7848
7849         if (eva <= range->sva)
7850                 return;
7851
7852         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7853         switch (index) {
7854         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE_NP):
7855                 mode = "DEV-NP";
7856                 break;
7857         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7858                 mode = "DEV";
7859                 break;
7860         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7861                 mode = "UC";
7862                 break;
7863         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7864                 mode = "WB";
7865                 break;
7866         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7867                 mode = "WT";
7868                 break;
7869         default:
7870                 printf(
7871                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7872                     __func__, index, range->sva, eva);
7873                 mode = "??";
7874                 break;
7875         }
7876
7877         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %6s %d %d %d %d\n",
7878             range->sva, eva,
7879             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7880             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7881             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7882             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7883             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7884             range->l3pages);
7885
7886         /* Reset to sentinel value. */
7887         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7888 }
7889
7890 /*
7891  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7892  * being tracked by the current range.
7893  */
7894 static bool
7895 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7896 {
7897
7898         return (range->attrs == attrs);
7899 }
7900
7901 static void
7902 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7903     pt_entry_t attrs)
7904 {
7905
7906         memset(range, 0, sizeof(*range));
7907         range->sva = va;
7908         range->attrs = attrs;
7909 }
7910
7911 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7912 static pt_entry_t
7913 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7914 {
7915         pt_entry_t attrs;
7916
7917         attrs = 0;
7918         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7919                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7920         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7921                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7922         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7923                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7924
7925         return (attrs);
7926 }
7927
7928 /* Read the block/page attributes we care about */
7929 static pt_entry_t
7930 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7931 {
7932         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7933 }
7934
7935 /*
7936  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7937  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7938  * begin a new run.
7939  */
7940 static void
7941 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7942     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7943     pt_entry_t l3e)
7944 {
7945         pt_entry_t attrs;
7946
7947         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7948
7949         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7950                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7951                 goto done;
7952         }
7953         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7954
7955         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7956                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7957                 goto done;
7958         }
7959         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7960         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7961
7962 done:
7963         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7964                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7965                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7966         }
7967 }
7968
7969 static int
7970 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7971 {
7972         struct pmap_kernel_map_range range;
7973         struct sbuf sbuf, *sb;
7974         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7975         pt_entry_t *l3, l3e;
7976         vm_offset_t sva;
7977         vm_paddr_t pa;
7978         int error, i, j, k, l;
7979
7980         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7981         if (error != 0)
7982                 return (error);
7983         sb = &sbuf;
7984         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7985
7986         /* Sentinel value. */
7987         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7988
7989         /*
7990          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7991          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7992          * observe inconsistencies in the output.
7993          */
7994         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7995             i++) {
7996                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7997                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7998                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7999                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
8000 #ifdef KASAN
8001                 else if (i == pmap_l0_index(KASAN_MIN_ADDRESS))
8002                         sbuf_printf(sb, "\nKASAN shadow map:\n");
8003 #endif
8004
8005                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
8006                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8007                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
8008                         sva += L0_SIZE;
8009                         continue;
8010                 }
8011                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
8012                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
8013
8014                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
8015                         l1e = l1[j];
8016                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8017                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
8018                                 sva += L1_SIZE;
8019                                 continue;
8020                         }
8021                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
8022                                 PMAP_ASSERT_L1_BLOCKS_SUPPORTED;
8023                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
8024                                     0, 0);
8025                                 range.l1blocks++;
8026                                 sva += L1_SIZE;
8027                                 continue;
8028                         }
8029                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
8030                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
8031
8032                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
8033                                 l2e = l2[k];
8034                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8035                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
8036                                         sva += L2_SIZE;
8037                                         continue;
8038                                 }
8039                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
8040                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
8041                                             l0e, l1e, l2e, 0);
8042                                         range.l2blocks++;
8043                                         sva += L2_SIZE;
8044                                         continue;
8045                                 }
8046                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
8047                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
8048
8049                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
8050                                     l++, sva += L3_SIZE) {
8051                                         l3e = l3[l];
8052                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
8053                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
8054                                                     sva);
8055                                                 continue;
8056                                         }
8057                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
8058                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
8059                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
8060                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
8061                                                     1 : 0;
8062                                         else
8063                                                 range.l3pages++;
8064                                 }
8065                         }
8066                 }
8067         }
8068
8069         error = sbuf_finish(sb);
8070         sbuf_delete(sb);
8071         return (error);
8072 }
8073 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
8074     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
8075     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
8076     "Dump kernel address layout");