]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/arm64/arm64/pmap.c
arm64: Ignore 1GB mappings in pmap_advise()
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / arm64 / arm64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014-2016 The FreeBSD Foundation
15  * All rights reserved.
16  *
17  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
18  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
19  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
20  *
21  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
22  * the FreeBSD Foundation.
23  *
24  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
25  * modification, are permitted provided that the following conditions
26  * are met:
27  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
28  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
29  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
30  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
31  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
32  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
33  *    must display the following acknowledgement:
34  *      This product includes software developed by the University of
35  *      California, Berkeley and its contributors.
36  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
38  *    without specific prior written permission.
39  *
40  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50  * SUCH DAMAGE.
51  *
52  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
53  */
54 /*-
55  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
56  * All rights reserved.
57  *
58  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
59  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
60  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
61  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
62  * CHATS research program.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #include <sys/cdefs.h>
87 __FBSDID("$FreeBSD$");
88
89 /*
90  *      Manages physical address maps.
91  *
92  *      Since the information managed by this module is
93  *      also stored by the logical address mapping module,
94  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
95  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
96  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
97  *      requested.
98  *
99  *      In order to cope with hardware architectures which
100  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
101  *      this module may delay invalidate or reduced protection
102  *      operations until such time as they are actually
103  *      necessary.  This module is given full information as
104  *      to which processors are currently using which maps,
105  *      and to when physical maps must be made correct.
106  */
107
108 #include "opt_vm.h"
109
110 #include <sys/param.h>
111 #include <sys/bitstring.h>
112 #include <sys/bus.h>
113 #include <sys/systm.h>
114 #include <sys/kernel.h>
115 #include <sys/ktr.h>
116 #include <sys/limits.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/physmem.h>
123 #include <sys/proc.h>
124 #include <sys/rwlock.h>
125 #include <sys/sbuf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmem.h>
128 #include <sys/vmmeter.h>
129 #include <sys/sched.h>
130 #include <sys/sysctl.h>
131 #include <sys/_unrhdr.h>
132 #include <sys/smp.h>
133
134 #include <vm/vm.h>
135 #include <vm/vm_param.h>
136 #include <vm/vm_kern.h>
137 #include <vm/vm_page.h>
138 #include <vm/vm_map.h>
139 #include <vm/vm_object.h>
140 #include <vm/vm_extern.h>
141 #include <vm/vm_pageout.h>
142 #include <vm/vm_pager.h>
143 #include <vm/vm_phys.h>
144 #include <vm/vm_radix.h>
145 #include <vm/vm_reserv.h>
146 #include <vm/vm_dumpset.h>
147 #include <vm/uma.h>
148
149 #include <machine/machdep.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152
153 #define PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE1)
154 #define PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap)        MPASS((pmap)->pm_stage == PM_STAGE2)
155
156 #define NL0PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
157 #define NL1PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
158 #define NL2PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pd_entry_t)))
159 #define NL3PG           (PAGE_SIZE/(sizeof (pt_entry_t)))
160
161 #define NUL0E           L0_ENTRIES
162 #define NUL1E           (NUL0E * NL1PG)
163 #define NUL2E           (NUL1E * NL2PG)
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pmap_l0_pindex(v)       (NUL2E + NUL1E + ((v) >> L0_SHIFT))
182 #define pmap_l1_pindex(v)       (NUL2E + ((v) >> L1_SHIFT))
183 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
184
185 static struct md_page *
186 pa_to_pvh(vm_paddr_t pa)
187 {
188         struct vm_phys_seg *seg;
189         int segind;
190
191         for (segind = 0; segind < vm_phys_nsegs; segind++) {
192                 seg = &vm_phys_segs[segind];
193                 if (pa >= seg->start && pa < seg->end)
194                         return ((struct md_page *)seg->md_first +
195                             pmap_l2_pindex(pa) - pmap_l2_pindex(seg->start));
196         }
197         panic("pa 0x%jx not within vm_phys_segs", (uintmax_t)pa);
198 }
199
200 static struct md_page *
201 page_to_pvh(vm_page_t m)
202 {
203         struct vm_phys_seg *seg;
204
205         seg = &vm_phys_segs[m->segind];
206         return ((struct md_page *)seg->md_first +
207             pmap_l2_pindex(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) - pmap_l2_pindex(seg->start));
208 }
209
210 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
211
212 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
213                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
214
215 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
216         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
217         struct rwlock *_new_lock;                       \
218                                                         \
219         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
220         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
221                 if (*_lockp != NULL)                    \
222                         rw_wunlock(*_lockp);            \
223                 *_lockp = _new_lock;                    \
224                 rw_wlock(*_lockp);                      \
225         }                                               \
226 } while (0)
227
228 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
229                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
230
231 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
232         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
233                                                         \
234         if (*_lockp != NULL) {                          \
235                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
236                 *_lockp = NULL;                         \
237         }                                               \
238 } while (0)
239
240 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
241                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
242
243 /*
244  * The presence of this flag indicates that the mapping is writeable.
245  * If the ATTR_S1_AP_RO bit is also set, then the mapping is clean, otherwise
246  * it is dirty.  This flag may only be set on managed mappings.
247  *
248  * The DBM bit is reserved on ARMv8.0 but it seems we can safely treat it
249  * as a software managed bit.
250  */
251 #define ATTR_SW_DBM     ATTR_DBM
252
253 struct pmap kernel_pmap_store;
254
255 /* Used for mapping ACPI memory before VM is initialized */
256 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      32
257 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE       (PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT * L2_SIZE)
258 static vm_offset_t preinit_map_va;      /* Start VA of pre-init mapping space */
259 static int vm_initialized = 0;          /* No need to use pre-init maps when set */
260
261 /*
262  * Reserve a few L2 blocks starting from 'preinit_map_va' pointer.
263  * Always map entire L2 block for simplicity.
264  * VA of L2 block = preinit_map_va + i * L2_SIZE
265  */
266 static struct pmap_preinit_mapping {
267         vm_paddr_t      pa;
268         vm_offset_t     va;
269         vm_size_t       size;
270 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
271
272 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
273 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
274 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
275
276 /*
277  * Data for the pv entry allocation mechanism.
278  */
279 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
280 static struct mtx pv_chunks_mutex;
281 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
282 static struct md_page *pv_table;
283 static struct md_page pv_dummy;
284
285 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
286 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
287 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
288
289 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
290 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
291 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L0_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
292
293 extern pt_entry_t pagetable_l0_ttbr1[];
294
295 #define PHYSMAP_SIZE    (2 * (VM_PHYSSEG_MAX - 1))
296 static vm_paddr_t physmap[PHYSMAP_SIZE];
297 static u_int physmap_idx;
298
299 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
300     "VM/pmap parameters");
301
302 /*
303  * This ASID allocator uses a bit vector ("asid_set") to remember which ASIDs
304  * that it has currently allocated to a pmap, a cursor ("asid_next") to
305  * optimize its search for a free ASID in the bit vector, and an epoch number
306  * ("asid_epoch") to indicate when it has reclaimed all previously allocated
307  * ASIDs that are not currently active on a processor.
308  *
309  * The current epoch number is always in the range [0, INT_MAX).  Negative
310  * numbers and INT_MAX are reserved for special cases that are described
311  * below.
312  */
313 struct asid_set {
314         int asid_bits;
315         bitstr_t *asid_set;
316         int asid_set_size;
317         int asid_next;
318         int asid_epoch;
319         struct mtx asid_set_mutex;
320 };
321
322 static struct asid_set asids;
323 static struct asid_set vmids;
324
325 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, asid, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
326     "ASID allocator");
327 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &asids.asid_bits, 0,
328     "The number of bits in an ASID");
329 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &asids.asid_next, 0,
330     "The last allocated ASID plus one");
331 SYSCTL_INT(_vm_pmap_asid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &asids.asid_epoch, 0,
332     "The current epoch number");
333
334 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, vmid, CTLFLAG_RD, 0, "VMID allocator");
335 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, bits, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_bits, 0,
336     "The number of bits in an VMID");
337 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, next, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_next, 0,
338     "The last allocated VMID plus one");
339 SYSCTL_INT(_vm_pmap_vmid, OID_AUTO, epoch, CTLFLAG_RD, &vmids.asid_epoch, 0,
340     "The current epoch number");
341
342 void (*pmap_clean_stage2_tlbi)(void);
343 void (*pmap_invalidate_vpipt_icache)(void);
344
345 /*
346  * A pmap's cookie encodes an ASID and epoch number.  Cookies for reserved
347  * ASIDs have a negative epoch number, specifically, INT_MIN.  Cookies for
348  * dynamically allocated ASIDs have a non-negative epoch number.
349  *
350  * An invalid ASID is represented by -1.
351  *
352  * There are two special-case cookie values: (1) COOKIE_FROM(-1, INT_MIN),
353  * which indicates that an ASID should never be allocated to the pmap, and
354  * (2) COOKIE_FROM(-1, INT_MAX), which indicates that an ASID should be
355  * allocated when the pmap is next activated.
356  */
357 #define COOKIE_FROM(asid, epoch)        ((long)((u_int)(asid) | \
358                                             ((u_long)(epoch) << 32)))
359 #define COOKIE_TO_ASID(cookie)          ((int)(cookie))
360 #define COOKIE_TO_EPOCH(cookie)         ((int)((u_long)(cookie) >> 32))
361
362 #define TLBI_VA_SHIFT                   12
363 #define TLBI_VA_MASK                    ((1ul << 44) - 1)
364 #define TLBI_VA(addr)                   (((addr) >> TLBI_VA_SHIFT) & TLBI_VA_MASK)
365 #define TLBI_VA_L3_INCR                 (L3_SIZE >> TLBI_VA_SHIFT)
366
367 static int superpages_enabled = 1;
368 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
369     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &superpages_enabled, 0,
370     "Are large page mappings enabled?");
371
372 /*
373  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
374  */
375 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
376 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
377
378 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
379 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
380 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
381 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
382 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
383 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
384                     vm_offset_t va);
385
386 static void pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
387 static bool pmap_activate_int(pmap_t pmap);
388 static void pmap_alloc_asid(pmap_t pmap);
389 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
390     vm_prot_t prot, int mode, bool skip_unmapped);
391 static pt_entry_t *pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va);
392 static pt_entry_t *pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2,
393     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
394 static pt_entry_t *pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va);
395 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
396     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
397 static int pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
398     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
399 static int pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
400     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
401 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
402     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
403 static void pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap);
404 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
405     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
406
407 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
408                 struct rwlock **lockp);
409
410 static void _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
411     struct spglist *free);
412 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
413 static __inline vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
414
415 /*
416  * These load the old table data and store the new value.
417  * They need to be atomic as the System MMU may write to the table at
418  * the same time as the CPU.
419  */
420 #define pmap_clear(table)               atomic_store_64(table, 0)
421 #define pmap_clear_bits(table, bits)    atomic_clear_64(table, bits)
422 #define pmap_load(table)                (*table)
423 #define pmap_load_clear(table)          atomic_swap_64(table, 0)
424 #define pmap_load_store(table, entry)   atomic_swap_64(table, entry)
425 #define pmap_set_bits(table, bits)      atomic_set_64(table, bits)
426 #define pmap_store(table, entry)        atomic_store_64(table, entry)
427
428 /********************/
429 /* Inline functions */
430 /********************/
431
432 static __inline void
433 pagecopy(void *s, void *d)
434 {
435
436         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
437 }
438
439 static __inline pd_entry_t *
440 pmap_l0(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
441 {
442
443         return (&pmap->pm_l0[pmap_l0_index(va)]);
444 }
445
446 static __inline pd_entry_t *
447 pmap_l0_to_l1(pd_entry_t *l0, vm_offset_t va)
448 {
449         pd_entry_t *l1;
450
451         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
452         return (&l1[pmap_l1_index(va)]);
453 }
454
455 static __inline pd_entry_t *
456 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
457 {
458         pd_entry_t *l0;
459
460         l0 = pmap_l0(pmap, va);
461         if ((pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
462                 return (NULL);
463
464         return (pmap_l0_to_l1(l0, va));
465 }
466
467 static __inline pd_entry_t *
468 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1p, vm_offset_t va)
469 {
470         pd_entry_t l1, *l2p;
471
472         l1 = pmap_load(l1p);
473
474         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
475             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
476         /*
477          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
478          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
479          */
480         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l1 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
481             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l1, va));
482         KASSERT((l1 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
483             ("%s: L1 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l1, va));
484         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1 & ~ATTR_MASK);
485         return (&l2p[pmap_l2_index(va)]);
486 }
487
488 static __inline pd_entry_t *
489 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
490 {
491         pd_entry_t *l1;
492
493         l1 = pmap_l1(pmap, va);
494         if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
495                 return (NULL);
496
497         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
498 }
499
500 static __inline pt_entry_t *
501 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2p, vm_offset_t va)
502 {
503         pd_entry_t l2;
504         pt_entry_t *l3p;
505
506         l2 = pmap_load(l2p);
507
508         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
509             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
510         /*
511          * The valid bit may be clear if pmap_update_entry() is concurrently
512          * modifying the entry, so for KVA only the entry type may be checked.
513          */
514         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(va) || (l2 & ATTR_DESCR_VALID) != 0,
515             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is invalid", __func__, l2, va));
516         KASSERT((l2 & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_TABLE,
517             ("%s: L2 entry %#lx for %#lx is a leaf", __func__, l2, va));
518         l3p = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2 & ~ATTR_MASK);
519         return (&l3p[pmap_l3_index(va)]);
520 }
521
522 /*
523  * Returns the lowest valid pde for a given virtual address.
524  * The next level may or may not point to a valid page or block.
525  */
526 static __inline pd_entry_t *
527 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
528 {
529         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, desc;
530
531         l0 = pmap_l0(pmap, va);
532         desc = pmap_load(l0) & ATTR_DESCR_MASK;
533         if (desc != L0_TABLE) {
534                 *level = -1;
535                 return (NULL);
536         }
537
538         l1 = pmap_l0_to_l1(l0, va);
539         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
540         if (desc != L1_TABLE) {
541                 *level = 0;
542                 return (l0);
543         }
544
545         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
546         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
547         if (desc != L2_TABLE) {
548                 *level = 1;
549                 return (l1);
550         }
551
552         *level = 2;
553         return (l2);
554 }
555
556 /*
557  * Returns the lowest valid pte block or table entry for a given virtual
558  * address. If there are no valid entries return NULL and set the level to
559  * the first invalid level.
560  */
561 static __inline pt_entry_t *
562 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int *level)
563 {
564         pd_entry_t *l1, *l2, desc;
565         pt_entry_t *l3;
566
567         l1 = pmap_l1(pmap, va);
568         if (l1 == NULL) {
569                 *level = 0;
570                 return (NULL);
571         }
572         desc = pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK;
573         if (desc == L1_BLOCK) {
574                 *level = 1;
575                 return (l1);
576         }
577
578         if (desc != L1_TABLE) {
579                 *level = 1;
580                 return (NULL);
581         }
582
583         l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
584         desc = pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK;
585         if (desc == L2_BLOCK) {
586                 *level = 2;
587                 return (l2);
588         }
589
590         if (desc != L2_TABLE) {
591                 *level = 2;
592                 return (NULL);
593         }
594
595         *level = 3;
596         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
597         if ((pmap_load(l3) & ATTR_DESCR_MASK) != L3_PAGE)
598                 return (NULL);
599
600         return (l3);
601 }
602
603 bool
604 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
605 {
606
607         return (superpages_enabled != 0);
608 }
609
610 bool
611 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l0, pd_entry_t **l1,
612     pd_entry_t **l2, pt_entry_t **l3)
613 {
614         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p;
615
616         if (pmap->pm_l0 == NULL)
617                 return (false);
618
619         l0p = pmap_l0(pmap, va);
620         *l0 = l0p;
621
622         if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_MASK) != L0_TABLE)
623                 return (false);
624
625         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
626         *l1 = l1p;
627
628         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
629                 *l2 = NULL;
630                 *l3 = NULL;
631                 return (true);
632         }
633
634         if ((pmap_load(l1p) & ATTR_DESCR_MASK) != L1_TABLE)
635                 return (false);
636
637         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
638         *l2 = l2p;
639
640         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
641                 *l3 = NULL;
642                 return (true);
643         }
644
645         if ((pmap_load(l2p) & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
646                 return (false);
647
648         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
649
650         return (true);
651 }
652
653 static __inline int
654 pmap_l3_valid(pt_entry_t l3)
655 {
656
657         return ((l3 & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE);
658 }
659
660 CTASSERT(L1_BLOCK == L2_BLOCK);
661
662 static pt_entry_t
663 pmap_pte_memattr(pmap_t pmap, vm_memattr_t memattr)
664 {
665         pt_entry_t val;
666
667         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
668                 val = ATTR_S1_IDX(memattr);
669                 if (memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
670                         val |= ATTR_S1_XN;
671                 return (val);
672         }
673
674         val = 0;
675
676         switch (memattr) {
677         case VM_MEMATTR_DEVICE:
678                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_DEVICE_nGnRnE) |
679                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL));
680         case VM_MEMATTR_UNCACHEABLE:
681                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_NC));
682         case VM_MEMATTR_WRITE_BACK:
683                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WB));
684         case VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH:
685                 return (ATTR_S2_MEMATTR(ATTR_S2_MEMATTR_WT));
686         default:
687                 panic("%s: invalid memory attribute %x", __func__, memattr);
688         }
689 }
690
691 static pt_entry_t
692 pmap_pte_prot(pmap_t pmap, vm_prot_t prot)
693 {
694         pt_entry_t val;
695
696         val = 0;
697         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
698                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
699                         val |= ATTR_S1_XN;
700                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
701                         val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
702         } else {
703                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
704                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
705                 if ((prot & VM_PROT_READ) != 0)
706                         val |= ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_READ);
707                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
708                         val |= ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_ALL);
709         }
710
711         return (val);
712 }
713
714 /*
715  * Checks if the PTE is dirty.
716  */
717 static inline int
718 pmap_pte_dirty(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
719 {
720
721         KASSERT((pte & ATTR_SW_MANAGED) != 0, ("pte %#lx is unmanaged", pte));
722
723         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
724                 KASSERT((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) != 0,
725                     ("pte %#lx is writeable and missing ATTR_SW_DBM", pte));
726
727                 return ((pte & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
728                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_SW_DBM));
729         }
730
731         return ((pte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
732             ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE));
733 }
734
735 static __inline void
736 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
737 {
738
739         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
740         pmap->pm_stats.resident_count += count;
741 }
742
743 static __inline void
744 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
745 {
746
747         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
748         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
749             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
750             pmap->pm_stats.resident_count, count));
751         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
752 }
753
754 static vm_paddr_t
755 pmap_early_vtophys(vm_offset_t va)
756 {
757         vm_paddr_t pa_page;
758
759         pa_page = arm64_address_translate_s1e1r(va) & PAR_PA_MASK;
760         return (pa_page | (va & PAR_LOW_MASK));
761 }
762
763 /* State of the bootstrapped DMAP page tables */
764 struct dmap_bootstrap_state {
765         vm_offset_t     va;
766         vm_paddr_t      pa;
767         pt_entry_t      *l1;
768         pt_entry_t      *l2;
769         pt_entry_t      *l3;
770         u_int           l0_slot;
771         u_int           l1_slot;
772         u_int           l2_slot;
773         vm_offset_t     freemempos;
774 };
775
776 static void
777 pmap_bootstrap_dmap_l0_table(struct dmap_bootstrap_state *state)
778 {
779         vm_paddr_t l1_pa;
780         u_int l0_slot;
781
782         /* Link the level 0 table to a level 1 table */
783         l0_slot = pmap_l0_index(state->va);
784         if (l0_slot != state->l0_slot) {
785                 MPASS(state->l0_slot < l0_slot ||
786                     state->l0_slot == L0_ENTRIES);
787
788                 /* Create a new L0 table entry */
789                 state->l0_slot = l0_slot;
790                 state->l1 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
791                 memset(state->l1, 0, PAGE_SIZE);
792                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
793
794                 /* Reset lower levels */
795                 state->l2 = NULL;
796                 state->l3 = NULL;
797                 state->l1_slot = Ln_ENTRIES;
798                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
799
800                 l1_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l1);
801                 MPASS((l1_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
802                 MPASS(pagetable_l0_ttbr1[l0_slot] == 0);
803                 pmap_store(&pagetable_l0_ttbr1[l0_slot], l1_pa |
804                     TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0 | L0_TABLE);
805         }
806         KASSERT(state->l1 != NULL, ("%s: NULL l1", __func__));
807 }
808
809 static void
810 pmap_bootstrap_dmap_l1_table(struct dmap_bootstrap_state *state)
811 {
812         vm_paddr_t l2_pa;
813         u_int l1_slot;
814
815         /* Make sure there is a valid L0 -> L1 table */
816         pmap_bootstrap_dmap_l0_table(state);
817
818         /* Link the level 1 table to a level 2 table */
819         l1_slot = pmap_l1_index(state->va);
820         if (l1_slot != state->l1_slot) {
821                 MPASS(state->l1_slot < l1_slot ||
822                     state->l1_slot == Ln_ENTRIES);
823
824                 /* Create a new L1 table entry */
825                 state->l1_slot = l1_slot;
826                 state->l2 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
827                 memset(state->l2, 0, PAGE_SIZE);
828                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
829
830                 /* Reset lower levels */
831                 state->l3 = NULL;
832                 state->l2_slot = Ln_ENTRIES;
833
834                 l2_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l2);
835                 MPASS((l2_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
836                 MPASS(state->l1[l1_slot] == 0);
837                 pmap_store(&state->l1[l1_slot], l2_pa | TATTR_PXN_TABLE |
838                     L1_TABLE);
839         }
840         KASSERT(state->l2 != NULL, ("%s: NULL l2", __func__));
841 }
842
843 static void
844 pmap_bootstrap_dmap_l2_table(struct dmap_bootstrap_state *state)
845 {
846         vm_paddr_t l3_pa;
847         u_int l2_slot;
848
849         /* Make sure there is a valid L1 -> L2 table */
850         pmap_bootstrap_dmap_l1_table(state);
851
852         /* Link the level 2 table to a level 3 table */
853         l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
854         if (l2_slot != state->l2_slot) {
855                 MPASS(state->l2_slot < l2_slot ||
856                     state->l2_slot == Ln_ENTRIES);
857
858                 /* Create a new L2 table entry */
859                 state->l2_slot = l2_slot;
860                 state->l3 = (pt_entry_t *)state->freemempos;
861                 memset(state->l3, 0, PAGE_SIZE);
862                 state->freemempos += PAGE_SIZE;
863
864                 l3_pa = pmap_early_vtophys((vm_offset_t)state->l3);
865                 MPASS((l3_pa & Ln_TABLE_MASK) == 0);
866                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
867                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], l3_pa | TATTR_PXN_TABLE |
868                     L2_TABLE);
869         }
870         KASSERT(state->l3 != NULL, ("%s: NULL l3", __func__));
871 }
872
873 static void
874 pmap_bootstrap_dmap_l2_block(struct dmap_bootstrap_state *state, int i)
875 {
876         u_int l2_slot;
877         bool first;
878
879         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L2_SIZE)
880                 return;
881
882         /* Make sure there is a valid L1 table */
883         pmap_bootstrap_dmap_l1_table(state);
884
885         MPASS((state->va & L2_OFFSET) == 0);
886         for (first = true;
887             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
888             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L2_SIZE;
889             state->va += L2_SIZE, state->pa += L2_SIZE) {
890                 /*
891                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
892                  * current L1 slot can address.
893                  */
894                 if (!first && (state->pa & L1_OFFSET) == 0)
895                         break;
896
897                 first = false;
898                 l2_slot = pmap_l2_index(state->va);
899                 MPASS((state->pa & L2_OFFSET) == 0);
900                 MPASS(state->l2[l2_slot] == 0);
901                 pmap_store(&state->l2[l2_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
902                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
903                     L2_BLOCK);
904         }
905         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
906 }
907
908 static void
909 pmap_bootstrap_dmap_l3_page(struct dmap_bootstrap_state *state, int i)
910 {
911         u_int l3_slot;
912         bool first;
913
914         if ((physmap[i + 1] - state->pa) < L3_SIZE)
915                 return;
916
917         /* Make sure there is a valid L2 table */
918         pmap_bootstrap_dmap_l2_table(state);
919
920         MPASS((state->va & L3_OFFSET) == 0);
921         for (first = true;
922             state->va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
923             (physmap[i + 1] - state->pa) >= L3_SIZE;
924             state->va += L3_SIZE, state->pa += L3_SIZE) {
925                 /*
926                  * Stop if we are about to walk off the end of what the
927                  * current L2 slot can address.
928                  */
929                 if (!first && (state->pa & L2_OFFSET) == 0)
930                         break;
931
932                 first = false;
933                 l3_slot = pmap_l3_index(state->va);
934                 MPASS((state->pa & L3_OFFSET) == 0);
935                 MPASS(state->l3[l3_slot] == 0);
936                 pmap_store(&state->l3[l3_slot], state->pa | ATTR_DEFAULT |
937                     ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
938                     L3_PAGE);
939         }
940         MPASS(state->va == (state->pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS));
941 }
942
943 static vm_offset_t
944 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa,
945     vm_offset_t freemempos)
946 {
947         struct dmap_bootstrap_state state;
948         int i;
949
950         dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
951         dmap_phys_max = 0;
952         dmap_max_addr = 0;
953
954         state.l1 = state.l2 = state.l3 = NULL;
955         state.l0_slot = L0_ENTRIES;
956         state.l1_slot = Ln_ENTRIES;
957         state.l2_slot = Ln_ENTRIES;
958         state.freemempos = freemempos;
959
960         for (i = 0; i < (physmap_idx * 2); i += 2) {
961                 state.pa = physmap[i] & ~L3_OFFSET;
962                 state.va = state.pa - dmap_phys_base + DMAP_MIN_ADDRESS;
963
964                 /* Create L3 mappings at the start of the region */
965                 if ((state.pa & L2_OFFSET) != 0)
966                         pmap_bootstrap_dmap_l3_page(&state, i);
967                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
968
969                 /* Create L2 mappings at the start of the region */
970                 if ((state.pa & L1_OFFSET) != 0)
971                         pmap_bootstrap_dmap_l2_block(&state, i);
972                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
973
974                 /* Create the main L1 block mappings */
975                 for (; state.va < DMAP_MAX_ADDRESS &&
976                     (physmap[i + 1] - state.pa) >= L1_SIZE;
977                     state.va += L1_SIZE, state.pa += L1_SIZE) {
978                         /* Make sure there is a valid L1 table */
979                         pmap_bootstrap_dmap_l0_table(&state);
980                         MPASS((state.pa & L1_OFFSET) == 0);
981                         pmap_store(&state.l1[pmap_l1_index(state.va)],
982                             state.pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
983                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) |
984                             L1_BLOCK);
985                 }
986                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
987
988                 /* Create L2 mappings at the end of the region */
989                 pmap_bootstrap_dmap_l2_block(&state, i);
990                 MPASS(state.pa <= physmap[i + 1]);
991
992                 /* Create L3 mappings at the end of the region */
993                 pmap_bootstrap_dmap_l3_page(&state, i);
994                 MPASS(state.pa == physmap[i + 1]);
995
996                 if (state.pa > dmap_phys_max) {
997                         dmap_phys_max = state.pa;
998                         dmap_max_addr = state.va;
999                 }
1000         }
1001
1002         cpu_tlb_flushID();
1003
1004         return (state.freemempos);
1005 }
1006
1007 static vm_offset_t
1008 pmap_bootstrap_l2(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l2_start)
1009 {
1010         vm_offset_t l2pt;
1011         vm_paddr_t pa;
1012         pd_entry_t *l1;
1013         u_int l1_slot;
1014
1015         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1016
1017         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
1018         l1_slot = pmap_l1_index(va);
1019         l2pt = l2_start;
1020
1021         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l1_slot++, va += L1_SIZE) {
1022                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
1023
1024                 pa = pmap_early_vtophys(l2pt);
1025                 pmap_store(&l1[l1_slot],
1026                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | L1_TABLE);
1027                 l2pt += PAGE_SIZE;
1028         }
1029
1030         /* Clean the L2 page table */
1031         memset((void *)l2_start, 0, l2pt - l2_start);
1032
1033         return l2pt;
1034 }
1035
1036 static vm_offset_t
1037 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
1038 {
1039         vm_offset_t l3pt;
1040         vm_paddr_t pa;
1041         pd_entry_t *l2;
1042         u_int l2_slot;
1043
1044         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
1045
1046         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
1047         l2 = (pd_entry_t *)rounddown2((uintptr_t)l2, PAGE_SIZE);
1048         l2_slot = pmap_l2_index(va);
1049         l3pt = l3_start;
1050
1051         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
1052                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
1053
1054                 pa = pmap_early_vtophys(l3pt);
1055                 pmap_store(&l2[l2_slot],
1056                     (pa & ~Ln_TABLE_MASK) | ATTR_S1_UXN | L2_TABLE);
1057                 l3pt += PAGE_SIZE;
1058         }
1059
1060         /* Clean the L2 page table */
1061         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
1062
1063         return l3pt;
1064 }
1065
1066 /*
1067  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1068  */
1069 void
1070 pmap_bootstrap(vm_offset_t l0pt, vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart,
1071     vm_size_t kernlen)
1072 {
1073         vm_offset_t freemempos;
1074         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
1075         vm_paddr_t start_pa, pa, min_pa;
1076         uint64_t kern_delta;
1077         int i;
1078
1079         /* Verify that the ASID is set through TTBR0. */
1080         KASSERT((READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_A1) == 0,
1081             ("pmap_bootstrap: TCR_EL1.A1 != 0"));
1082
1083         kern_delta = KERNBASE - kernstart;
1084
1085         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
1086         printf("%lx\n", l1pt);
1087         printf("%lx\n", (KERNBASE >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK);
1088
1089         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
1090         kernel_pmap_store.pm_l0 = (pd_entry_t *)l0pt;
1091         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1092         kernel_pmap->pm_l0_paddr = l0pt - kern_delta;
1093         kernel_pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MIN);
1094         kernel_pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1095         kernel_pmap->pm_levels = 4;
1096         kernel_pmap->pm_ttbr = kernel_pmap->pm_l0_paddr;
1097         kernel_pmap->pm_asid_set = &asids;
1098
1099         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address */
1100         min_pa = KERNBASE - kern_delta;
1101
1102         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
1103         physmap_idx /= 2;
1104
1105         /*
1106          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
1107          * but may contain empty ranges.
1108          */
1109         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
1110                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
1111                         continue;
1112                 if (physmap[i] <= min_pa)
1113                         min_pa = physmap[i];
1114         }
1115
1116         freemempos = KERNBASE + kernlen;
1117         freemempos = roundup2(freemempos, PAGE_SIZE);
1118
1119         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
1120         freemempos = pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, freemempos);
1121
1122         start_pa = pa = KERNBASE - kern_delta;
1123
1124         /*
1125          * Create the l2 tables up to VM_MAX_KERNEL_ADDRESS.  We assume that the
1126          * loader allocated the first and only l2 page table page used to map
1127          * the kernel, preloaded files and module metadata.
1128          */
1129         freemempos = pmap_bootstrap_l2(l1pt, KERNBASE + L1_SIZE, freemempos);
1130         /* And the l3 tables for the early devmap */
1131         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
1132             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE), freemempos);
1133
1134         cpu_tlb_flushID();
1135
1136 #define alloc_pages(var, np)                                            \
1137         (var) = freemempos;                                             \
1138         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
1139         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
1140
1141         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
1142         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
1143         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
1144
1145         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
1146         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
1147         msgbufp = (void *)msgbufpv;
1148
1149         /* Reserve some VA space for early BIOS/ACPI mapping */
1150         preinit_map_va = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
1151
1152         virtual_avail = preinit_map_va + PMAP_PREINIT_MAPPING_SIZE;
1153         virtual_avail = roundup2(virtual_avail, L1_SIZE);
1154         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - (PMAP_MAPDEV_EARLY_SIZE);
1155         kernel_vm_end = virtual_avail;
1156
1157         pa = pmap_early_vtophys(freemempos);
1158
1159         physmem_exclude_region(start_pa, pa - start_pa, EXFLAG_NOALLOC);
1160
1161         cpu_tlb_flushID();
1162 }
1163
1164 /*
1165  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1166  */
1167 void
1168 pmap_page_init(vm_page_t m)
1169 {
1170
1171         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1172         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
1173 }
1174
1175 static void
1176 pmap_init_asids(struct asid_set *set, int bits)
1177 {
1178         int i;
1179
1180         set->asid_bits = bits;
1181
1182         /*
1183          * We may be too early in the overall initialization process to use
1184          * bit_alloc().
1185          */
1186         set->asid_set_size = 1 << set->asid_bits;
1187         set->asid_set = (bitstr_t *)kmem_malloc(bitstr_size(set->asid_set_size),
1188             M_WAITOK | M_ZERO);
1189         for (i = 0; i < ASID_FIRST_AVAILABLE; i++)
1190                 bit_set(set->asid_set, i);
1191         set->asid_next = ASID_FIRST_AVAILABLE;
1192         mtx_init(&set->asid_set_mutex, "asid set", NULL, MTX_SPIN);
1193 }
1194
1195 /*
1196  *      Initialize the pmap module.
1197  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1198  *      system needs to map virtual memory.
1199  */
1200 void
1201 pmap_init(void)
1202 {
1203         struct vm_phys_seg *seg, *next_seg;
1204         struct md_page *pvh;
1205         vm_size_t s;
1206         uint64_t mmfr1;
1207         int i, pv_npg, vmid_bits;
1208
1209         /*
1210          * Are large page mappings enabled?
1211          */
1212         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.superpages_enabled", &superpages_enabled);
1213         if (superpages_enabled) {
1214                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1215                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1216                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
1217                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
1218                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
1219                 pagesizes[2] = L1_SIZE;
1220         }
1221
1222         /*
1223          * Initialize the ASID allocator.
1224          */
1225         pmap_init_asids(&asids,
1226             (READ_SPECIALREG(tcr_el1) & TCR_ASID_16) != 0 ? 16 : 8);
1227
1228         if (has_hyp()) {
1229                 mmfr1 = READ_SPECIALREG(id_aa64mmfr1_el1);
1230                 vmid_bits = 8;
1231
1232                 if (ID_AA64MMFR1_VMIDBits_VAL(mmfr1) ==
1233                     ID_AA64MMFR1_VMIDBits_16)
1234                         vmid_bits = 16;
1235                 pmap_init_asids(&vmids, vmid_bits);
1236         }
1237
1238         /*
1239          * Initialize the pv chunk list mutex.
1240          */
1241         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1242
1243         /*
1244          * Initialize the pool of pv list locks.
1245          */
1246         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1247                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1248
1249         /*
1250          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1251          */
1252         pv_npg = 0;
1253         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1254                 seg = &vm_phys_segs[i];
1255                 pv_npg += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1256                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1257         }
1258
1259         /*
1260          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1261          */
1262         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1263         s = round_page(s);
1264         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1265         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1266                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1267         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1268
1269         /*
1270          * Set pointers from vm_phys_segs to pv_table.
1271          */
1272         for (i = 0, pvh = pv_table; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1273                 seg = &vm_phys_segs[i];
1274                 seg->md_first = pvh;
1275                 pvh += pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) -
1276                     pmap_l2_pindex(seg->start);
1277
1278                 /*
1279                  * If there is a following segment, and the final
1280                  * superpage of this segment and the initial superpage
1281                  * of the next segment are the same then adjust the
1282                  * pv_table entry for that next segment down by one so
1283                  * that the pv_table entries will be shared.
1284                  */
1285                 if (i + 1 < vm_phys_nsegs) {
1286                         next_seg = &vm_phys_segs[i + 1];
1287                         if (pmap_l2_pindex(roundup2(seg->end, L2_SIZE)) - 1 ==
1288                             pmap_l2_pindex(next_seg->start)) {
1289                                 pvh--;
1290                         }
1291                 }
1292         }
1293
1294         vm_initialized = 1;
1295 }
1296
1297 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
1298     "2MB page mapping counters");
1299
1300 static u_long pmap_l2_demotions;
1301 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1302     &pmap_l2_demotions, 0, "2MB page demotions");
1303
1304 static u_long pmap_l2_mappings;
1305 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1306     &pmap_l2_mappings, 0, "2MB page mappings");
1307
1308 static u_long pmap_l2_p_failures;
1309 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1310     &pmap_l2_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1311
1312 static u_long pmap_l2_promotions;
1313 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1314     &pmap_l2_promotions, 0, "2MB page promotions");
1315
1316 /*
1317  * If the given value for "final_only" is false, then any cached intermediate-
1318  * level entries, i.e., L{0,1,2}_TABLE entries, are invalidated in addition to
1319  * any cached final-level entry, i.e., either an L{1,2}_BLOCK or L3_PAGE entry.
1320  * Otherwise, just the cached final-level entry is invalidated.
1321  */
1322 static __inline void
1323 pmap_invalidate_kernel(uint64_t r, bool final_only)
1324 {
1325         if (final_only)
1326                 __asm __volatile("tlbi vaale1is, %0" : : "r" (r));
1327         else
1328                 __asm __volatile("tlbi vaae1is, %0" : : "r" (r));
1329 }
1330
1331 static __inline void
1332 pmap_invalidate_user(uint64_t r, bool final_only)
1333 {
1334         if (final_only)
1335                 __asm __volatile("tlbi vale1is, %0" : : "r" (r));
1336         else
1337                 __asm __volatile("tlbi vae1is, %0" : : "r" (r));
1338 }
1339
1340 /*
1341  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1342  * for the specified virtual address in the given virtual address space.
1343  */
1344 static __inline void
1345 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, bool final_only)
1346 {
1347         uint64_t r;
1348
1349         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1350
1351         dsb(ishst);
1352         r = TLBI_VA(va);
1353         if (pmap == kernel_pmap) {
1354                 pmap_invalidate_kernel(r, final_only);
1355         } else {
1356                 r |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1357                 pmap_invalidate_user(r, final_only);
1358         }
1359         dsb(ish);
1360         isb();
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Invalidates any cached final- and optionally intermediate-level TLB entries
1365  * for the specified virtual address range in the given virtual address space.
1366  */
1367 static __inline void
1368 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1369     bool final_only)
1370 {
1371         uint64_t end, r, start;
1372
1373         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1374
1375         dsb(ishst);
1376         if (pmap == kernel_pmap) {
1377                 start = TLBI_VA(sva);
1378                 end = TLBI_VA(eva);
1379                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1380                         pmap_invalidate_kernel(r, final_only);
1381         } else {
1382                 start = end = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1383                 start |= TLBI_VA(sva);
1384                 end |= TLBI_VA(eva);
1385                 for (r = start; r < end; r += TLBI_VA_L3_INCR)
1386                         pmap_invalidate_user(r, final_only);
1387         }
1388         dsb(ish);
1389         isb();
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Invalidates all cached intermediate- and final-level TLB entries for the
1394  * given virtual address space.
1395  */
1396 static __inline void
1397 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1398 {
1399         uint64_t r;
1400
1401         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
1402
1403         dsb(ishst);
1404         if (pmap == kernel_pmap) {
1405                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
1406         } else {
1407                 r = ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
1408                 __asm __volatile("tlbi aside1is, %0" : : "r" (r));
1409         }
1410         dsb(ish);
1411         isb();
1412 }
1413
1414 /*
1415  *      Routine:        pmap_extract
1416  *      Function:
1417  *              Extract the physical page address associated
1418  *              with the given map/virtual_address pair.
1419  */
1420 vm_paddr_t
1421 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1422 {
1423         pt_entry_t *pte, tpte;
1424         vm_paddr_t pa;
1425         int lvl;
1426
1427         pa = 0;
1428         PMAP_LOCK(pmap);
1429         /*
1430          * Find the block or page map for this virtual address. pmap_pte
1431          * will return either a valid block/page entry, or NULL.
1432          */
1433         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1434         if (pte != NULL) {
1435                 tpte = pmap_load(pte);
1436                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
1437                 switch(lvl) {
1438                 case 1:
1439                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
1440                             ("pmap_extract: Invalid L1 pte found: %lx",
1441                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1442                         pa |= (va & L1_OFFSET);
1443                         break;
1444                 case 2:
1445                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
1446                             ("pmap_extract: Invalid L2 pte found: %lx",
1447                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1448                         pa |= (va & L2_OFFSET);
1449                         break;
1450                 case 3:
1451                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE,
1452                             ("pmap_extract: Invalid L3 pte found: %lx",
1453                             tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1454                         pa |= (va & L3_OFFSET);
1455                         break;
1456                 }
1457         }
1458         PMAP_UNLOCK(pmap);
1459         return (pa);
1460 }
1461
1462 /*
1463  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1464  *      Function:
1465  *              Atomically extract and hold the physical page
1466  *              with the given pmap and virtual address pair
1467  *              if that mapping permits the given protection.
1468  */
1469 vm_page_t
1470 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1471 {
1472         pt_entry_t *pte, tpte;
1473         vm_offset_t off;
1474         vm_page_t m;
1475         int lvl;
1476         bool use;
1477
1478         m = NULL;
1479         PMAP_LOCK(pmap);
1480         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
1481         if (pte != NULL) {
1482                 tpte = pmap_load(pte);
1483
1484                 KASSERT(lvl > 0 && lvl <= 3,
1485                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid level %d", lvl));
1486                 KASSERT((lvl == 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L3_PAGE) ||
1487                     (lvl < 3 && (tpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK),
1488                     ("pmap_extract_and_hold: Invalid pte at L%d: %lx", lvl,
1489                      tpte & ATTR_DESCR_MASK));
1490
1491                 use = false;
1492                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1493                         use = true;
1494                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
1495                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
1496                         use = true;
1497                 else if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 &&
1498                     ((tpte & ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)) ==
1499                      ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE)))
1500                         use = true;
1501
1502                 if (use) {
1503                         switch (lvl) {
1504                         case 1:
1505                                 off = va & L1_OFFSET;
1506                                 break;
1507                         case 2:
1508                                 off = va & L2_OFFSET;
1509                                 break;
1510                         case 3:
1511                         default:
1512                                 off = 0;
1513                         }
1514                         m = PHYS_TO_VM_PAGE((tpte & ~ATTR_MASK) | off);
1515                         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1516                                 m = NULL;
1517                 }
1518         }
1519         PMAP_UNLOCK(pmap);
1520         return (m);
1521 }
1522
1523 /*
1524  * Walks the page tables to translate a kernel virtual address to a
1525  * physical address. Returns true if the kva is valid and stores the
1526  * physical address in pa if it is not NULL.
1527  */
1528 bool
1529 pmap_klookup(vm_offset_t va, vm_paddr_t *pa)
1530 {
1531         pt_entry_t *pte, tpte;
1532         register_t intr;
1533         uint64_t par;
1534
1535         /*
1536          * Disable interrupts so we don't get interrupted between asking
1537          * for address translation, and getting the result back.
1538          */
1539         intr = intr_disable();
1540         par = arm64_address_translate_s1e1r(va);
1541         intr_restore(intr);
1542
1543         if (PAR_SUCCESS(par)) {
1544                 if (pa != NULL)
1545                         *pa = (par & PAR_PA_MASK) | (va & PAR_LOW_MASK);
1546                 return (true);
1547         }
1548
1549         /*
1550          * Fall back to walking the page table. The address translation
1551          * instruction may fail when the page is in a break-before-make
1552          * sequence. As we only clear the valid bit in said sequence we
1553          * can walk the page table to find the physical address.
1554          */
1555
1556         pte = pmap_l1(kernel_pmap, va);
1557         if (pte == NULL)
1558                 return (false);
1559
1560         /*
1561          * A concurrent pmap_update_entry() will clear the entry's valid bit
1562          * but leave the rest of the entry unchanged.  Therefore, we treat a
1563          * non-zero entry as being valid, and we ignore the valid bit when
1564          * determining whether the entry maps a block, page, or table.
1565          */
1566         tpte = pmap_load(pte);
1567         if (tpte == 0)
1568                 return (false);
1569         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1570                 if (pa != NULL)
1571                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L1_OFFSET);
1572                 return (true);
1573         }
1574         pte = pmap_l1_to_l2(&tpte, va);
1575         tpte = pmap_load(pte);
1576         if (tpte == 0)
1577                 return (false);
1578         if ((tpte & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
1579                 if (pa != NULL)
1580                         *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L2_OFFSET);
1581                 return (true);
1582         }
1583         pte = pmap_l2_to_l3(&tpte, va);
1584         tpte = pmap_load(pte);
1585         if (tpte == 0)
1586                 return (false);
1587         if (pa != NULL)
1588                 *pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (va & L3_OFFSET);
1589         return (true);
1590 }
1591
1592 vm_paddr_t
1593 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1594 {
1595         vm_paddr_t pa;
1596
1597         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
1598                 return (DMAP_TO_PHYS(va));
1599
1600         if (pmap_klookup(va, &pa) == false)
1601                 return (0);
1602         return (pa);
1603 }
1604
1605 /***************************************************
1606  * Low level mapping routines.....
1607  ***************************************************/
1608
1609 void
1610 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode)
1611 {
1612         pd_entry_t *pde;
1613         pt_entry_t *pte, attr;
1614         vm_offset_t va;
1615         int lvl;
1616
1617         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
1618            ("pmap_kenter: Invalid physical address"));
1619         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1620            ("pmap_kenter: Invalid virtual address"));
1621         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1622             ("pmap_kenter: Mapping is not page-sized"));
1623
1624         attr = ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1625             ATTR_S1_IDX(mode) | L3_PAGE;
1626         va = sva;
1627         while (size != 0) {
1628                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1629                 KASSERT(pde != NULL,
1630                     ("pmap_kenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1631                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_kenter: Invalid level %d", lvl));
1632
1633                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1634                 pmap_load_store(pte, (pa & ~L3_OFFSET) | attr);
1635
1636                 va += PAGE_SIZE;
1637                 pa += PAGE_SIZE;
1638                 size -= PAGE_SIZE;
1639         }
1640         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1641 }
1642
1643 void
1644 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
1645 {
1646
1647         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Remove a page from the kernel pagetables.
1652  */
1653 PMAP_INLINE void
1654 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1655 {
1656         pt_entry_t *pte;
1657         int lvl;
1658
1659         pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1660         KASSERT(pte != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1661         KASSERT(lvl == 3, ("pmap_kremove: Invalid pte level %d", lvl));
1662
1663         pmap_clear(pte);
1664         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va, true);
1665 }
1666
1667 void
1668 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
1669 {
1670         pt_entry_t *pte;
1671         vm_offset_t va;
1672         int lvl;
1673
1674         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
1675            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
1676         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
1677             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
1678
1679         va = sva;
1680         while (size != 0) {
1681                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1682                 KASSERT(pte != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
1683                 KASSERT(lvl == 3,
1684                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1685                 pmap_clear(pte);
1686
1687                 va += PAGE_SIZE;
1688                 size -= PAGE_SIZE;
1689         }
1690         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1691 }
1692
1693 /*
1694  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1695  *      virtual address space.
1696  *
1697  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1698  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1699  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1700  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1701  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1702  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1703  *      region.
1704  */
1705 vm_offset_t
1706 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1707 {
1708         return PHYS_TO_DMAP(start);
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Add a list of wired pages to the kva
1713  * this routine is only used for temporary
1714  * kernel mappings that do not need to have
1715  * page modification or references recorded.
1716  * Note that old mappings are simply written
1717  * over.  The page *must* be wired.
1718  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1719  */
1720 void
1721 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1722 {
1723         pd_entry_t *pde;
1724         pt_entry_t *pte, pa;
1725         vm_offset_t va;
1726         vm_page_t m;
1727         int i, lvl;
1728
1729         va = sva;
1730         for (i = 0; i < count; i++) {
1731                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
1732                 KASSERT(pde != NULL,
1733                     ("pmap_qenter: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
1734                 KASSERT(lvl == 2,
1735                     ("pmap_qenter: Invalid level %d", lvl));
1736
1737                 m = ma[i];
1738                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
1739                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW) | ATTR_S1_XN |
1740                     ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | L3_PAGE;
1741                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
1742                 pmap_load_store(pte, pa);
1743
1744                 va += L3_SIZE;
1745         }
1746         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1747 }
1748
1749 /*
1750  * This routine tears out page mappings from the
1751  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1752  */
1753 void
1754 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1755 {
1756         pt_entry_t *pte;
1757         vm_offset_t va;
1758         int lvl;
1759
1760         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
1761             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
1762         KASSERT(ADDR_IS_KERNEL(sva), ("usermode va %lx", sva));
1763
1764         va = sva;
1765         while (count-- > 0) {
1766                 pte = pmap_pte(kernel_pmap, va, &lvl);
1767                 KASSERT(lvl == 3,
1768                     ("Invalid device pagetable level: %d != 3", lvl));
1769                 if (pte != NULL) {
1770                         pmap_clear(pte);
1771                 }
1772
1773                 va += PAGE_SIZE;
1774         }
1775         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va, true);
1776 }
1777
1778 /***************************************************
1779  * Page table page management routines.....
1780  ***************************************************/
1781 /*
1782  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1783  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1784  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1785  */
1786 static __inline void
1787 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1788     boolean_t set_PG_ZERO)
1789 {
1790
1791         if (set_PG_ZERO)
1792                 m->flags |= PG_ZERO;
1793         else
1794                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1795         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1796 }
1797
1798 /*
1799  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1800  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1801  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1802  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1803  */
1804 static inline boolean_t
1805 pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1806 {
1807
1808         --m->ref_count;
1809         if (m->ref_count == 0) {
1810                 _pmap_unwire_l3(pmap, va, m, free);
1811                 return (TRUE);
1812         } else
1813                 return (FALSE);
1814 }
1815
1816 static void
1817 _pmap_unwire_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1818 {
1819
1820         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1821         /*
1822          * unmap the page table page
1823          */
1824         if (m->pindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
1825                 /* l1 page */
1826                 pd_entry_t *l0;
1827
1828                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1829                 pmap_clear(l0);
1830         } else if (m->pindex >= NUL2E) {
1831                 /* l2 page */
1832                 pd_entry_t *l1;
1833
1834                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1835                 pmap_clear(l1);
1836         } else {
1837                 /* l3 page */
1838                 pd_entry_t *l2;
1839
1840                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1841                 pmap_clear(l2);
1842         }
1843         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1844         if (m->pindex < NUL2E) {
1845                 /* We just released an l3, unhold the matching l2 */
1846                 pd_entry_t *l1, tl1;
1847                 vm_page_t l2pg;
1848
1849                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1850                 tl1 = pmap_load(l1);
1851                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
1852                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l2pg, free);
1853         } else if (m->pindex < (NUL2E + NUL1E)) {
1854                 /* We just released an l2, unhold the matching l1 */
1855                 pd_entry_t *l0, tl0;
1856                 vm_page_t l1pg;
1857
1858                 l0 = pmap_l0(pmap, va);
1859                 tl0 = pmap_load(l0);
1860                 l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
1861                 pmap_unwire_l3(pmap, va, l1pg, free);
1862         }
1863         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
1864
1865         /*
1866          * Put page on a list so that it is released after
1867          * *ALL* TLB shootdown is done
1868          */
1869         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1870 }
1871
1872 /*
1873  * After removing a page table entry, this routine is used to
1874  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1875  */
1876 static int
1877 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1878     struct spglist *free)
1879 {
1880         vm_page_t mpte;
1881
1882         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
1883             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
1884         if (ADDR_IS_KERNEL(va))
1885                 return (0);
1886         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1887         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & ~ATTR_MASK);
1888         return (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, free));
1889 }
1890
1891 /*
1892  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
1893  * mapping.
1894  */
1895 static void
1896 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
1897 {
1898         struct spglist free;
1899
1900         SLIST_INIT(&free);
1901         if (pmap_unwire_l3(pmap, va, mpte, &free))
1902                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
1903 }
1904
1905 void
1906 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1907 {
1908
1909         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1910         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1911         pmap->pm_l0_paddr = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
1912         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1913         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1914         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(ASID_RESERVED_FOR_PID_0, INT_MIN);
1915         pmap->pm_stage = PM_STAGE1;
1916         pmap->pm_levels = 4;
1917         pmap->pm_ttbr = pmap->pm_l0_paddr;
1918         pmap->pm_asid_set = &asids;
1919
1920         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1921 }
1922
1923 int
1924 pmap_pinit_stage(pmap_t pmap, enum pmap_stage stage, int levels)
1925 {
1926         vm_page_t m;
1927
1928         /*
1929          * allocate the l0 page
1930          */
1931         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_WIRED |
1932             VM_ALLOC_ZERO);
1933         pmap->pm_l0_paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1934         pmap->pm_l0 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_l0_paddr);
1935
1936         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1937         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1938         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(-1, INT_MAX);
1939
1940         MPASS(levels == 3 || levels == 4);
1941         pmap->pm_levels = levels;
1942         pmap->pm_stage = stage;
1943         switch (stage) {
1944         case PM_STAGE1:
1945                 pmap->pm_asid_set = &asids;
1946                 break;
1947         case PM_STAGE2:
1948                 pmap->pm_asid_set = &vmids;
1949                 break;
1950         default:
1951                 panic("%s: Invalid pmap type %d", __func__, stage);
1952                 break;
1953         }
1954
1955         /* XXX Temporarily disable deferred ASID allocation. */
1956         pmap_alloc_asid(pmap);
1957
1958         /*
1959          * Allocate the level 1 entry to use as the root. This will increase
1960          * the refcount on the level 1 page so it won't be removed until
1961          * pmap_release() is called.
1962          */
1963         if (pmap->pm_levels == 3) {
1964                 PMAP_LOCK(pmap);
1965                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E, NULL);
1966                 PMAP_UNLOCK(pmap);
1967         }
1968         pmap->pm_ttbr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1969
1970         return (1);
1971 }
1972
1973 int
1974 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1975 {
1976
1977         return (pmap_pinit_stage(pmap, PM_STAGE1, 4));
1978 }
1979
1980 /*
1981  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1982  *
1983  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1984  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1985  *
1986  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1987  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1988  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1989  * race conditions.
1990  */
1991 static vm_page_t
1992 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1993 {
1994         vm_page_t m, l1pg, l2pg;
1995
1996         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1997
1998         /*
1999          * Allocate a page table page.
2000          */
2001         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2002                 if (lockp != NULL) {
2003                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2004                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2005                         vm_wait(NULL);
2006                         PMAP_LOCK(pmap);
2007                 }
2008
2009                 /*
2010                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2011                  * page may have been allocated.
2012                  */
2013                 return (NULL);
2014         }
2015         m->pindex = ptepindex;
2016
2017         /*
2018          * Because of AArch64's weak memory consistency model, we must have a
2019          * barrier here to ensure that the stores for zeroing "m", whether by
2020          * pmap_zero_page() or an earlier function, are visible before adding
2021          * "m" to the page table.  Otherwise, a page table walk by another
2022          * processor's MMU could see the mapping to "m" and a stale, non-zero
2023          * PTE within "m".
2024          */
2025         dmb(ishst);
2026
2027         /*
2028          * Map the pagetable page into the process address space, if
2029          * it isn't already there.
2030          */
2031
2032         if (ptepindex >= (NUL2E + NUL1E)) {
2033                 pd_entry_t *l0p, l0e;
2034                 vm_pindex_t l0index;
2035
2036                 l0index = ptepindex - (NUL2E + NUL1E);
2037                 l0p = &pmap->pm_l0[l0index];
2038                 KASSERT((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2039                     ("%s: L0 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l0p)));
2040                 l0e = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L0_TABLE;
2041
2042                 /*
2043                  * Mark all kernel memory as not accessible from userspace
2044                  * and userspace memory as not executable from the kernel.
2045                  * This has been done for the bootstrap L0 entries in
2046                  * locore.S.
2047                  */
2048                 if (pmap == kernel_pmap)
2049                         l0e |= TATTR_UXN_TABLE | TATTR_AP_TABLE_NO_EL0;
2050                 else
2051                         l0e |= TATTR_PXN_TABLE;
2052                 pmap_store(l0p, l0e);
2053         } else if (ptepindex >= NUL2E) {
2054                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2055                 pd_entry_t *l0, *l1;
2056                 pd_entry_t tl0;
2057
2058                 l1index = ptepindex - NUL2E;
2059                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2060
2061                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2062                 tl0 = pmap_load(l0);
2063                 if (tl0 == 0) {
2064                         /* recurse for allocating page dir */
2065                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + NUL1E + l0index,
2066                             lockp) == NULL) {
2067                                 vm_page_unwire_noq(m);
2068                                 vm_page_free_zero(m);
2069                                 return (NULL);
2070                         }
2071                 } else {
2072                         l1pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl0 & ~ATTR_MASK);
2073                         l1pg->ref_count++;
2074                 }
2075
2076                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l0) & ~ATTR_MASK);
2077                 l1 = &l1[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2078                 KASSERT((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2079                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
2080                 pmap_store(l1, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L1_TABLE);
2081         } else {
2082                 vm_pindex_t l0index, l1index;
2083                 pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2084                 pd_entry_t tl0, tl1;
2085
2086                 l1index = ptepindex >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2087                 l0index = l1index >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2088
2089                 l0 = &pmap->pm_l0[l0index];
2090                 tl0 = pmap_load(l0);
2091                 if (tl0 == 0) {
2092                         /* recurse for allocating page dir */
2093                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2094                             lockp) == NULL) {
2095                                 vm_page_unwire_noq(m);
2096                                 vm_page_free_zero(m);
2097                                 return (NULL);
2098                         }
2099                         tl0 = pmap_load(l0);
2100                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2101                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2102                 } else {
2103                         l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tl0 & ~ATTR_MASK);
2104                         l1 = &l1[l1index & Ln_ADDR_MASK];
2105                         tl1 = pmap_load(l1);
2106                         if (tl1 == 0) {
2107                                 /* recurse for allocating page dir */
2108                                 if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
2109                                     lockp) == NULL) {
2110                                         vm_page_unwire_noq(m);
2111                                         vm_page_free_zero(m);
2112                                         return (NULL);
2113                                 }
2114                         } else {
2115                                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(tl1 & ~ATTR_MASK);
2116                                 l2pg->ref_count++;
2117                         }
2118                 }
2119
2120                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2121                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
2122                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_VALID) == 0,
2123                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
2124                 pmap_store(l2, VM_PAGE_TO_PHYS(m) | L2_TABLE);
2125         }
2126
2127         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2128
2129         return (m);
2130 }
2131
2132 static pd_entry_t *
2133 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *l2pgp,
2134     struct rwlock **lockp)
2135 {
2136         pd_entry_t *l1, *l2;
2137         vm_page_t l2pg;
2138         vm_pindex_t l2pindex;
2139
2140         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
2141             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
2142
2143 retry:
2144         l1 = pmap_l1(pmap, va);
2145         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE) {
2146                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2147                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2148                         /* Add a reference to the L2 page. */
2149                         l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1) & ~ATTR_MASK);
2150                         l2pg->ref_count++;
2151                 } else
2152                         l2pg = NULL;
2153         } else if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
2154                 /* Allocate a L2 page. */
2155                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
2156                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
2157                 if (l2pg == NULL) {
2158                         if (lockp != NULL)
2159                                 goto retry;
2160                         else
2161                                 return (NULL);
2162                 }
2163                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2164                 l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2165         } else
2166                 panic("pmap_alloc_l2: missing page table page for va %#lx",
2167                     va);
2168         *l2pgp = l2pg;
2169         return (l2);
2170 }
2171
2172 static vm_page_t
2173 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2174 {
2175         vm_pindex_t ptepindex;
2176         pd_entry_t *pde, tpde;
2177 #ifdef INVARIANTS
2178         pt_entry_t *pte;
2179 #endif
2180         vm_page_t m;
2181         int lvl;
2182
2183         /*
2184          * Calculate pagetable page index
2185          */
2186         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
2187 retry:
2188         /*
2189          * Get the page directory entry
2190          */
2191         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2192
2193         /*
2194          * If the page table page is mapped, we just increment the hold count,
2195          * and activate it. If we get a level 2 pde it will point to a level 3
2196          * table.
2197          */
2198         switch (lvl) {
2199         case -1:
2200                 break;
2201         case 0:
2202 #ifdef INVARIANTS
2203                 pte = pmap_l0_to_l1(pde, va);
2204                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2205                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l0 superpages"));
2206 #endif
2207                 break;
2208         case 1:
2209 #ifdef INVARIANTS
2210                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
2211                 KASSERT(pmap_load(pte) == 0,
2212                     ("pmap_alloc_l3: TODO: l1 superpages"));
2213 #endif
2214                 break;
2215         case 2:
2216                 tpde = pmap_load(pde);
2217                 if (tpde != 0) {
2218                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpde & ~ATTR_MASK);
2219                         m->ref_count++;
2220                         return (m);
2221                 }
2222                 break;
2223         default:
2224                 panic("pmap_alloc_l3: Invalid level %d", lvl);
2225         }
2226
2227         /*
2228          * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been deallocated.
2229          */
2230         m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
2231         if (m == NULL && lockp != NULL)
2232                 goto retry;
2233
2234         return (m);
2235 }
2236
2237 /***************************************************
2238  * Pmap allocation/deallocation routines.
2239  ***************************************************/
2240
2241 /*
2242  * Release any resources held by the given physical map.
2243  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2244  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2245  */
2246 void
2247 pmap_release(pmap_t pmap)
2248 {
2249         boolean_t rv;
2250         struct spglist free;
2251         struct asid_set *set;
2252         vm_page_t m;
2253         int asid;
2254
2255         if (pmap->pm_levels != 4) {
2256                 PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
2257                 KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 1,
2258                     ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2259                     pmap->pm_stats.resident_count));
2260                 KASSERT((pmap->pm_l0[0] & ATTR_DESCR_VALID) == ATTR_DESCR_VALID,
2261                     ("pmap_release: Invalid l0 entry: %lx", pmap->pm_l0[0]));
2262
2263                 SLIST_INIT(&free);
2264                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_ttbr);
2265                 PMAP_LOCK(pmap);
2266                 rv = pmap_unwire_l3(pmap, 0, m, &free);
2267                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2268                 MPASS(rv == TRUE);
2269                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2270         }
2271
2272         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2273             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2274             pmap->pm_stats.resident_count));
2275         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2276             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2277
2278         set = pmap->pm_asid_set;
2279         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
2280
2281         /*
2282          * Allow the ASID to be reused. In stage 2 VMIDs we don't invalidate
2283          * the entries when removing them so rely on a later tlb invalidation.
2284          * this will happen when updating the VMID generation. Because of this
2285          * we don't reuse VMIDs within a generation.
2286          */
2287         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
2288                 mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
2289                 if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch) {
2290                         asid = COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie);
2291                         KASSERT(asid >= ASID_FIRST_AVAILABLE &&
2292                             asid < set->asid_set_size,
2293                             ("pmap_release: pmap cookie has out-of-range asid"));
2294                         bit_clear(set->asid_set, asid);
2295                 }
2296                 mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
2297         }
2298
2299         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_l0_paddr);
2300         vm_page_unwire_noq(m);
2301         vm_page_free_zero(m);
2302 }
2303
2304 static int
2305 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2306 {
2307         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2308
2309         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2310 }
2311 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2312     0, 0, kvm_size, "LU",
2313     "Size of KVM");
2314
2315 static int
2316 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2317 {
2318         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2319
2320         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2321 }
2322 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
2323     0, 0, kvm_free, "LU",
2324     "Amount of KVM free");
2325
2326 /*
2327  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2328  */
2329 void
2330 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2331 {
2332         vm_paddr_t paddr;
2333         vm_page_t nkpg;
2334         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
2335
2336         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2337
2338         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
2339         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2340                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2341         while (kernel_vm_end < addr) {
2342                 l0 = pmap_l0(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2343                 KASSERT(pmap_load(l0) != 0,
2344                     ("pmap_growkernel: No level 0 kernel entry"));
2345
2346                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, kernel_vm_end);
2347                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2348                         /* We need a new PDP entry */
2349                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
2350                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2351                         if (nkpg == NULL)
2352                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2353                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
2354                         /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2355                         dmb(ishst);
2356                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2357                         pmap_store(l1, paddr | L1_TABLE);
2358                         continue; /* try again */
2359                 }
2360                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
2361                 if (pmap_load(l2) != 0) {
2362                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2363                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2364                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2365                                 break;
2366                         }
2367                         continue;
2368                 }
2369
2370                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2371                     VM_ALLOC_ZERO);
2372                 if (nkpg == NULL)
2373                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2374                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
2375                 /* See the dmb() in _pmap_alloc_l3(). */
2376                 dmb(ishst);
2377                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2378                 pmap_store(l2, paddr | L2_TABLE);
2379
2380                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2381                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2382                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2383                         break;
2384                 }
2385         }
2386 }
2387
2388 /***************************************************
2389  * page management routines.
2390  ***************************************************/
2391
2392 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2393 CTASSERT(_NPCM == 3);
2394 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2395
2396 static __inline struct pv_chunk *
2397 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2398 {
2399
2400         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2401 }
2402
2403 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2404
2405 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2406 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2407 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2408
2409 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2410
2411 #ifdef PV_STATS
2412 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2413
2414 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2415         "Current number of pv entry chunks");
2416 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2417         "Current number of pv entry chunks allocated");
2418 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2419         "Current number of pv entry chunks frees");
2420 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2421         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2422
2423 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2424 static int pv_entry_spare;
2425
2426 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2427         "Current number of pv entry frees");
2428 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2429         "Current number of pv entry allocs");
2430 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2431         "Current number of pv entries");
2432 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2433         "Current number of spare pv entries");
2434 #endif
2435
2436 /*
2437  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2438  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2439  * another pv entry chunk.
2440  *
2441  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2442  *
2443  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2444  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2445  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2446  */
2447 static vm_page_t
2448 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2449 {
2450         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
2451         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
2452         struct md_page *pvh;
2453         pd_entry_t *pde;
2454         pmap_t next_pmap, pmap;
2455         pt_entry_t *pte, tpte;
2456         pv_entry_t pv;
2457         vm_offset_t va;
2458         vm_page_t m, m_pc;
2459         struct spglist free;
2460         uint64_t inuse;
2461         int bit, field, freed, lvl;
2462         static int active_reclaims = 0;
2463
2464         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2465         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2466
2467         pmap = NULL;
2468         m_pc = NULL;
2469         SLIST_INIT(&free);
2470         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
2471         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
2472         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
2473         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
2474
2475         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2476         active_reclaims++;
2477         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2478         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2479         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
2480             SLIST_EMPTY(&free)) {
2481                 next_pmap = pc->pc_pmap;
2482                 if (next_pmap == NULL) {
2483                         /*
2484                          * The next chunk is a marker.  However, it is
2485                          * not our marker, so active_reclaims must be
2486                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
2487                          * will not rotate the pv_chunks list.
2488                          */
2489                         goto next_chunk;
2490                 }
2491                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2492
2493                 /*
2494                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
2495                  * when both pv_chunks_mutex is owned and the
2496                  * corresponding pmap is locked.
2497                  */
2498                 if (pmap != next_pmap) {
2499                         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2500                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2501                         pmap = next_pmap;
2502                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2503                         if (pmap > locked_pmap) {
2504                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2505                                 PMAP_LOCK(pmap);
2506                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2507                                 continue;
2508                         } else if (pmap != locked_pmap) {
2509                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2510                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2511                                         continue;
2512                                 } else {
2513                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
2514                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2515                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
2516                                         if (pc == NULL ||
2517                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
2518                                                 continue;
2519                                         goto next_chunk;
2520                                 }
2521                         }
2522                 }
2523
2524                 /*
2525                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2526                  */
2527                 freed = 0;
2528                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2529                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2530                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2531                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
2532                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2533                                 va = pv->pv_va;
2534                                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
2535                                 if (lvl != 2)
2536                                         continue;
2537                                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, va);
2538                                 tpte = pmap_load(pte);
2539                                 if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
2540                                         continue;
2541                                 tpte = pmap_load_clear(pte);
2542                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & ~ATTR_MASK);
2543                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
2544                                         vm_page_dirty(m);
2545                                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
2546                                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
2547                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2548                                 }
2549                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2550                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2551                                 m->md.pv_gen++;
2552                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2553                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2554                                         pvh = page_to_pvh(m);
2555                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2556                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2557                                                     PGA_WRITEABLE);
2558                                         }
2559                                 }
2560                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2561                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, pmap_load(pde), &free);
2562                                 freed++;
2563                         }
2564                 }
2565                 if (freed == 0) {
2566                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2567                         goto next_chunk;
2568                 }
2569                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2570                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2571                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2572                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2573                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2574                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2575                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2576                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2577                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2578                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2579                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2580                         /* Entire chunk is free; return it. */
2581                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2582                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2583                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2584                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2585                         break;
2586                 }
2587                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2588                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2589                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2590                 if (pmap == locked_pmap)
2591                         break;
2592
2593 next_chunk:
2594                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2595                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
2596                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
2597                         /*
2598                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
2599                          * scan the same pv chunks that could not be
2600                          * freed (because they contained a wired
2601                          * and/or superpage mapping) on every
2602                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
2603                          */
2604                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
2605                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
2606                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2607                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2608                         }
2609                 }
2610         }
2611         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
2612         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
2613         active_reclaims--;
2614         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2615         if (pmap != NULL && pmap != locked_pmap)
2616                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2617         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2618                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2619                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2620                 /* Recycle a freed page table page. */
2621                 m_pc->ref_count = 1;
2622         }
2623         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2624         return (m_pc);
2625 }
2626
2627 /*
2628  * free the pv_entry back to the free list
2629  */
2630 static void
2631 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2632 {
2633         struct pv_chunk *pc;
2634         int idx, field, bit;
2635
2636         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2637         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2638         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2639         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2640         pc = pv_to_chunk(pv);
2641         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2642         field = idx / 64;
2643         bit = idx % 64;
2644         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2645         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2646             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2647                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2648                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2649                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2650                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2651                 }
2652                 return;
2653         }
2654         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2655         free_pv_chunk(pc);
2656 }
2657
2658 static void
2659 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2660 {
2661         vm_page_t m;
2662
2663         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2664         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2665         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2666         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2667         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2668         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2669         /* entire chunk is free, return it */
2670         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2671         dump_drop_page(m->phys_addr);
2672         vm_page_unwire_noq(m);
2673         vm_page_free(m);
2674 }
2675
2676 /*
2677  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2678  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2679  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2680  * returned.
2681  *
2682  * The given PV list lock may be released.
2683  */
2684 static pv_entry_t
2685 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2686 {
2687         int bit, field;
2688         pv_entry_t pv;
2689         struct pv_chunk *pc;
2690         vm_page_t m;
2691
2692         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2693         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2694 retry:
2695         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2696         if (pc != NULL) {
2697                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2698                         if (pc->pc_map[field]) {
2699                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2700                                 break;
2701                         }
2702                 }
2703                 if (field < _NPCM) {
2704                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2705                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2706                         /* If this was the last item, move it to tail */
2707                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2708                             pc->pc_map[2] == 0) {
2709                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2710                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2711                                     pc_list);
2712                         }
2713                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2714                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2715                         return (pv);
2716                 }
2717         }
2718         /* No free items, allocate another chunk */
2719         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2720         if (m == NULL) {
2721                 if (lockp == NULL) {
2722                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2723                         return (NULL);
2724                 }
2725                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2726                 if (m == NULL)
2727                         goto retry;
2728         }
2729         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2730         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2731         dump_add_page(m->phys_addr);
2732         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2733         pc->pc_pmap = pmap;
2734         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2735         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2736         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2737         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2738         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2739         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2740         pv = &pc->pc_pventry[0];
2741         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2742         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2743         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2744         return (pv);
2745 }
2746
2747 /*
2748  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2749  * exceeds the given count, "needed".
2750  *
2751  * The given PV list lock may be released.
2752  */
2753 static void
2754 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2755 {
2756         struct pch new_tail;
2757         struct pv_chunk *pc;
2758         vm_page_t m;
2759         int avail, free;
2760         bool reclaimed;
2761
2762         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2763         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2764
2765         /*
2766          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2767          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2768          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2769          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2770          */
2771         TAILQ_INIT(&new_tail);
2772 retry:
2773         avail = 0;
2774         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2775                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
2776                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
2777                 if (free == 0)
2778                         break;
2779                 avail += free;
2780                 if (avail >= needed)
2781                         break;
2782         }
2783         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2784                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
2785                 if (m == NULL) {
2786                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2787                         if (m == NULL)
2788                                 goto retry;
2789                         reclaimed = true;
2790                 }
2791                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2792                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2793                 dump_add_page(m->phys_addr);
2794                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2795                 pc->pc_pmap = pmap;
2796                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2797                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2798                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2799                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2800                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2801                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2802
2803                 /*
2804                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
2805                  * If that chunk contained available entries, we need to
2806                  * re-count the number of available entries.
2807                  */
2808                 if (reclaimed)
2809                         goto retry;
2810         }
2811         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2812                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2813                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2814                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2815         }
2816 }
2817
2818 /*
2819  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2820  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2821  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2822  * 2MB page mappings.
2823  */
2824 static __inline pv_entry_t
2825 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2826 {
2827         pv_entry_t pv;
2828
2829         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2830                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2831                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2832                         pvh->pv_gen++;
2833                         break;
2834                 }
2835         }
2836         return (pv);
2837 }
2838
2839 /*
2840  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2841  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2842  * entries for each of the 4KB page mappings.
2843  */
2844 static void
2845 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2846     struct rwlock **lockp)
2847 {
2848         struct md_page *pvh;
2849         struct pv_chunk *pc;
2850         pv_entry_t pv;
2851         vm_offset_t va_last;
2852         vm_page_t m;
2853         int bit, field;
2854
2855         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2856         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2857             ("pmap_pv_demote_l2: va is not 2mpage aligned"));
2858         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
2859             ("pmap_pv_demote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
2860         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2861
2862         /*
2863          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2864          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2865          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2866          */
2867         pvh = pa_to_pvh(pa);
2868         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2869         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
2870         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2871         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2872         m->md.pv_gen++;
2873         /* Instantiate the remaining Ln_ENTRIES - 1 pv entries. */
2874         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, Ln_ENTRIES - 1));
2875         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
2876         for (;;) {
2877                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2878                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2879                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
2880                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2881                         while (pc->pc_map[field]) {
2882                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
2883                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2884                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2885                                 va += PAGE_SIZE;
2886                                 pv->pv_va = va;
2887                                 m++;
2888                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2889                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
2890                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2891                                 m->md.pv_gen++;
2892                                 if (va == va_last)
2893                                         goto out;
2894                         }
2895                 }
2896                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2897                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2898         }
2899 out:
2900         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2901                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2902                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2903         }
2904         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, Ln_ENTRIES - 1));
2905         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, Ln_ENTRIES - 1));
2906 }
2907
2908 /*
2909  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2910  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2911  * page mappings.
2912  */
2913 static void
2914 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2915 {
2916         pv_entry_t pv;
2917
2918         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2919         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2920         free_pv_entry(pmap, pv);
2921 }
2922
2923 /*
2924  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2925  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2926  */
2927 static boolean_t
2928 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2929     struct rwlock **lockp)
2930 {
2931         pv_entry_t pv;
2932
2933         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2934         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2935         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2936                 pv->pv_va = va;
2937                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2938                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2939                 m->md.pv_gen++;
2940                 return (TRUE);
2941         } else
2942                 return (FALSE);
2943 }
2944
2945 /*
2946  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
2947  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
2948  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
2949  */
2950 static bool
2951 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
2952     struct rwlock **lockp)
2953 {
2954         struct md_page *pvh;
2955         pv_entry_t pv;
2956         vm_paddr_t pa;
2957
2958         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2959         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2960         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
2961             NULL : lockp)) == NULL)
2962                 return (false);
2963         pv->pv_va = va;
2964         pa = l2e & ~ATTR_MASK;
2965         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2966         pvh = pa_to_pvh(pa);
2967         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2968         pvh->pv_gen++;
2969         return (true);
2970 }
2971
2972 static void
2973 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2974 {
2975         pt_entry_t newl2, oldl2;
2976         vm_page_t ml3;
2977         vm_paddr_t ml3pa;
2978
2979         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
2980         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
2981         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2982
2983         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2984         if (ml3 == NULL)
2985                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
2986
2987         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
2988         newl2 = ml3pa | L2_TABLE;
2989
2990         /*
2991          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2992          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2993          */
2994         if (ml3->valid != 0)
2995                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
2996
2997         /*
2998          * Demote the mapping.  The caller must have already invalidated the
2999          * mapping (i.e., the "break" in break-before-make).
3000          */
3001         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
3002         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
3003             __func__, l2, oldl2));
3004 }
3005
3006 /*
3007  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
3008  */
3009 static int
3010 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
3011     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3012 {
3013         struct md_page *pvh;
3014         pt_entry_t old_l2;
3015         vm_page_t m, ml3, mt;
3016
3017         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3018         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
3019         old_l2 = pmap_load_clear(l2);
3020         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3021             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3022
3023         /*
3024          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3025          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3026          */
3027         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3028
3029         if (old_l2 & ATTR_SW_WIRED)
3030                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3031         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
3032         if (old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) {
3033                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3034                 pvh = page_to_pvh(m);
3035                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, old_l2 & ~ATTR_MASK);
3036                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3037                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++) {
3038                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l2))
3039                                 vm_page_dirty(mt);
3040                         if (old_l2 & ATTR_AF)
3041                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_REFERENCED);
3042                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3043                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3044                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3045                 }
3046         }
3047         if (pmap == kernel_pmap) {
3048                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
3049         } else {
3050                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3051                 if (ml3 != NULL) {
3052                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3053                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
3054                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3055                         KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
3056                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
3057                         ml3->ref_count = 0;
3058                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
3059                 }
3060         }
3061         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
3062 }
3063
3064 /*
3065  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
3066  */
3067 static int
3068 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va,
3069     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3070 {
3071         struct md_page *pvh;
3072         pt_entry_t old_l3;
3073         vm_page_t m;
3074
3075         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3076         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3077         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
3078         if (old_l3 & ATTR_SW_WIRED)
3079                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3080         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3081         if (old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) {
3082                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3083                 if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3084                         vm_page_dirty(m);
3085                 if (old_l3 & ATTR_AF)
3086                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3087                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3088                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3089                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3090                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3091                         pvh = page_to_pvh(m);
3092                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3093                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3094                 }
3095         }
3096         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
3097 }
3098
3099 /*
3100  * Remove the specified range of addresses from the L3 page table that is
3101  * identified by the given L2 entry.
3102  */
3103 static void
3104 pmap_remove_l3_range(pmap_t pmap, pd_entry_t l2e, vm_offset_t sva,
3105     vm_offset_t eva, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3106 {
3107         struct md_page *pvh;
3108         struct rwlock *new_lock;
3109         pt_entry_t *l3, old_l3;
3110         vm_offset_t va;
3111         vm_page_t l3pg, m;
3112
3113         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(sva),
3114             ("%s: Start address not in canonical form: %lx", __func__, sva));
3115         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(eva) || eva == VM_MAX_USER_ADDRESS,
3116             ("%s: End address not in canonical form: %lx", __func__, eva));
3117
3118         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3119         KASSERT(rounddown2(sva, L2_SIZE) + L2_SIZE == roundup2(eva, L2_SIZE),
3120             ("pmap_remove_l3_range: range crosses an L3 page table boundary"));
3121         l3pg = !ADDR_IS_KERNEL(sva) ? PHYS_TO_VM_PAGE(l2e & ~ATTR_MASK) : NULL;
3122         va = eva;
3123         for (l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, sva); sva != eva; l3++, sva += L3_SIZE) {
3124                 if (!pmap_l3_valid(pmap_load(l3))) {
3125                         if (va != eva) {
3126                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3127                                 va = eva;
3128                         }
3129                         continue;
3130                 }
3131                 old_l3 = pmap_load_clear(l3);
3132                 if ((old_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3133                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3134                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3135                 if ((old_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
3136                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l3 & ~ATTR_MASK);
3137                         if (pmap_pte_dirty(pmap, old_l3))
3138                                 vm_page_dirty(m);
3139                         if ((old_l3 & ATTR_AF) != 0)
3140                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3141                         new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3142                         if (new_lock != *lockp) {
3143                                 if (*lockp != NULL) {
3144                                         /*
3145                                          * Pending TLB invalidations must be
3146                                          * performed before the PV list lock is
3147                                          * released.  Otherwise, a concurrent
3148                                          * pmap_remove_all() on a physical page
3149                                          * could return while a stale TLB entry
3150                                          * still provides access to that page. 
3151                                          */
3152                                         if (va != eva) {
3153                                                 pmap_invalidate_range(pmap, va,
3154                                                     sva, true);
3155                                                 va = eva;
3156                                         }
3157                                         rw_wunlock(*lockp);
3158                                 }
3159                                 *lockp = new_lock;
3160                                 rw_wlock(*lockp);
3161                         }
3162                         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, sva);
3163                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3164                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3165                                 pvh = page_to_pvh(m);
3166                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3167                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3168                         }
3169                 }
3170                 if (l3pg != NULL && pmap_unwire_l3(pmap, sva, l3pg, free)) {
3171                         /*
3172                          * _pmap_unwire_l3() has already invalidated the TLB
3173                          * entries at all levels for "sva".  So, we need not
3174                          * perform "sva += L3_SIZE;" here.  Moreover, we need
3175                          * not perform "va = sva;" if "sva" is at the start
3176                          * of a new valid range consisting of a single page.
3177                          */
3178                         break;
3179                 }
3180                 if (va == eva)
3181                         va = sva;
3182         }
3183         if (va != eva)
3184                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3185 }
3186
3187 /*
3188  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3189  *
3190  *      It is assumed that the start and end are properly
3191  *      rounded to the page size.
3192  */
3193 void
3194 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3195 {
3196         struct rwlock *lock;
3197         vm_offset_t va_next;
3198         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3199         pt_entry_t l3_paddr;
3200         struct spglist free;
3201
3202         /*
3203          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3204          */
3205         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3206                 return;
3207
3208         SLIST_INIT(&free);
3209
3210         PMAP_LOCK(pmap);
3211
3212         lock = NULL;
3213         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3214                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3215                         break;
3216
3217                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3218                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3219                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3220                         if (va_next < sva)
3221                                 va_next = eva;
3222                         continue;
3223                 }
3224
3225                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3226                 if (va_next < sva)
3227                         va_next = eva;
3228                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3229                 if (pmap_load(l1) == 0)
3230                         continue;
3231                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3232                         KASSERT(va_next <= eva,
3233                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3234                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3235                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3236                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
3237                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3238                         pmap_clear(l1);
3239                         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3240                         pmap_resident_count_dec(pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
3241                         pmap_unuse_pt(pmap, sva, pmap_load(l0), &free);
3242                         continue;
3243                 }
3244
3245                 /*
3246                  * Calculate index for next page table.
3247                  */
3248                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3249                 if (va_next < sva)
3250                         va_next = eva;
3251
3252                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3253                 if (l2 == NULL)
3254                         continue;
3255
3256                 l3_paddr = pmap_load(l2);
3257
3258                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3259                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3260                                 pmap_remove_l2(pmap, l2, sva, pmap_load(l1),
3261                                     &free, &lock);
3262                                 continue;
3263                         } else if (pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
3264                             &lock) == NULL)
3265                                 continue;
3266                         l3_paddr = pmap_load(l2);
3267                 }
3268
3269                 /*
3270                  * Weed out invalid mappings.
3271                  */
3272                 if ((l3_paddr & ATTR_DESCR_MASK) != L2_TABLE)
3273                         continue;
3274
3275                 /*
3276                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3277                  * by the current page table page, or to the end of the
3278                  * range being removed.
3279                  */
3280                 if (va_next > eva)
3281                         va_next = eva;
3282
3283                 pmap_remove_l3_range(pmap, l3_paddr, sva, va_next, &free,
3284                     &lock);
3285         }
3286         if (lock != NULL)
3287                 rw_wunlock(lock);
3288         PMAP_UNLOCK(pmap);
3289         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3290 }
3291
3292 /*
3293  *      Routine:        pmap_remove_all
3294  *      Function:
3295  *              Removes this physical page from
3296  *              all physical maps in which it resides.
3297  *              Reflects back modify bits to the pager.
3298  *
3299  *      Notes:
3300  *              Original versions of this routine were very
3301  *              inefficient because they iteratively called
3302  *              pmap_remove (slow...)
3303  */
3304
3305 void
3306 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3307 {
3308         struct md_page *pvh;
3309         pv_entry_t pv;
3310         pmap_t pmap;
3311         struct rwlock *lock;
3312         pd_entry_t *pde, tpde;
3313         pt_entry_t *pte, tpte;
3314         vm_offset_t va;
3315         struct spglist free;
3316         int lvl, pvh_gen, md_gen;
3317
3318         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3319             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3320         SLIST_INIT(&free);
3321         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3322         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
3323         rw_wlock(lock);
3324 retry:
3325         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3326                 pmap = PV_PMAP(pv);
3327                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3328                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3329                         rw_wunlock(lock);
3330                         PMAP_LOCK(pmap);
3331                         rw_wlock(lock);
3332                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3333                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3334                                 goto retry;
3335                         }
3336                 }
3337                 va = pv->pv_va;
3338                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3339                 KASSERT(pte != NULL,
3340                     ("pmap_remove_all: no page table entry found"));
3341                 KASSERT(lvl == 2,
3342                     ("pmap_remove_all: invalid pte level %d", lvl));
3343                 pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
3344                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3345         }
3346         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3347                 pmap = PV_PMAP(pv);
3348                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3349                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3350                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3351                         md_gen = m->md.pv_gen;
3352                         rw_wunlock(lock);
3353                         PMAP_LOCK(pmap);
3354                         rw_wlock(lock);
3355                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3356                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3357                                 goto retry;
3358                         }
3359                 }
3360                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3361
3362                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
3363                 KASSERT(pde != NULL,
3364                     ("pmap_remove_all: no page directory entry found"));
3365                 KASSERT(lvl == 2,
3366                     ("pmap_remove_all: invalid pde level %d", lvl));
3367                 tpde = pmap_load(pde);
3368
3369                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
3370                 tpte = pmap_load_clear(pte);
3371                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED)
3372                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3373                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
3374                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
3375                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3376                 }
3377
3378                 /*
3379                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3380                  */
3381                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
3382                         vm_page_dirty(m);
3383                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, tpde, &free);
3384                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3385                 m->md.pv_gen++;
3386                 free_pv_entry(pmap, pv);
3387                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3388         }
3389         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3390         rw_wunlock(lock);
3391         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3392 }
3393
3394 /*
3395  * Masks and sets bits in a level 2 page table entries in the specified pmap
3396  */
3397 static void
3398 pmap_protect_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva, pt_entry_t mask,
3399     pt_entry_t nbits)
3400 {
3401         pd_entry_t old_l2;
3402         vm_page_t m, mt;
3403
3404         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3405         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3406         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0,
3407             ("pmap_protect_l2: sva is not 2mpage aligned"));
3408         old_l2 = pmap_load(l2);
3409         KASSERT((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
3410             ("pmap_protect_l2: L2e %lx is not a block mapping", old_l2));
3411
3412         /*
3413          * Return if the L2 entry already has the desired access restrictions
3414          * in place.
3415          */
3416         if ((old_l2 & mask) == nbits)
3417                 return;
3418
3419         while (!atomic_fcmpset_64(l2, &old_l2, (old_l2 & ~mask) | nbits))
3420                 cpu_spinwait();
3421
3422         /*
3423          * When a dirty read/write superpage mapping is write protected,
3424          * update the dirty field of each of the superpage's constituent 4KB
3425          * pages.
3426          */
3427         if ((old_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3428             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3429             pmap_pte_dirty(pmap, old_l2)) {
3430                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(old_l2 & ~ATTR_MASK);
3431                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3432                         vm_page_dirty(mt);
3433         }
3434
3435         /*
3436          * Since a promotion must break the 4KB page mappings before making
3437          * the 2MB page mapping, a pmap_invalidate_page() suffices.
3438          */
3439         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3440 }
3441
3442 /*
3443  * Masks and sets bits in last level page table entries in the specified
3444  * pmap and range
3445  */
3446 static void
3447 pmap_mask_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, pt_entry_t mask,
3448     pt_entry_t nbits, bool invalidate)
3449 {
3450         vm_offset_t va, va_next;
3451         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
3452         pt_entry_t *l3p, l3;
3453
3454         PMAP_LOCK(pmap);
3455         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3456                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
3457                 if (pmap_load(l0) == 0) {
3458                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
3459                         if (va_next < sva)
3460                                 va_next = eva;
3461                         continue;
3462                 }
3463
3464                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3465                 if (va_next < sva)
3466                         va_next = eva;
3467                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
3468                 if (pmap_load(l1) == 0)
3469                         continue;
3470                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
3471                         KASSERT(va_next <= eva,
3472                             ("partial update of non-transparent 1G page "
3473                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
3474                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
3475                         MPASS((pmap_load(l1) & ATTR_SW_MANAGED) == 0);
3476                         if ((pmap_load(l1) & mask) != nbits) {
3477                                 pmap_store(l1, (pmap_load(l1) & ~mask) | nbits);
3478                                 if (invalidate)
3479                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva, true);
3480                         }
3481                         continue;
3482                 }
3483
3484                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3485                 if (va_next < sva)
3486                         va_next = eva;
3487
3488                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3489                 if (pmap_load(l2) == 0)
3490                         continue;
3491
3492                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
3493                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3494                                 pmap_protect_l2(pmap, l2, sva, mask, nbits);
3495                                 continue;
3496                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
3497                                 continue;
3498                 }
3499                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
3500                     ("pmap_protect: Invalid L2 entry after demotion"));
3501
3502                 if (va_next > eva)
3503                         va_next = eva;
3504
3505                 va = va_next;
3506                 for (l3p = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3p++,
3507                     sva += L3_SIZE) {
3508                         l3 = pmap_load(l3p);
3509
3510                         /*
3511                          * Go to the next L3 entry if the current one is
3512                          * invalid or already has the desired access
3513                          * restrictions in place.  (The latter case occurs
3514                          * frequently.  For example, in a "buildworld"
3515                          * workload, almost 1 out of 4 L3 entries already
3516                          * have the desired restrictions.)
3517                          */
3518                         if (!pmap_l3_valid(l3) || (l3 & mask) == nbits) {
3519                                 if (va != va_next) {
3520                                         if (invalidate)
3521                                                 pmap_invalidate_range(pmap,
3522                                                     va, sva, true);
3523                                         va = va_next;
3524                                 }
3525                                 continue;
3526                         }
3527
3528                         while (!atomic_fcmpset_64(l3p, &l3, (l3 & ~mask) |
3529                             nbits))
3530                                 cpu_spinwait();
3531
3532                         /*
3533                          * When a dirty read/write mapping is write protected,
3534                          * update the page's dirty field.
3535                          */
3536                         if ((l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
3537                             (nbits & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) != 0 &&
3538                             pmap_pte_dirty(pmap, l3))
3539                                 vm_page_dirty(PHYS_TO_VM_PAGE(l3 & ~ATTR_MASK));
3540
3541                         if (va == va_next)
3542                                 va = sva;
3543                 }
3544                 if (va != va_next && invalidate)
3545                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
3546         }
3547         PMAP_UNLOCK(pmap);
3548 }
3549
3550 /*
3551  *      Set the physical protection on the
3552  *      specified range of this map as requested.
3553  */
3554 void
3555 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3556 {
3557         pt_entry_t mask, nbits;
3558
3559         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3560         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3561         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3562                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3563                 return;
3564         }
3565
3566         mask = nbits = 0;
3567         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3568                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM;
3569                 nbits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3570         }
3571         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
3572                 mask |= ATTR_S1_XN;
3573                 nbits |= ATTR_S1_XN;
3574         }
3575         if (mask == 0)
3576                 return;
3577
3578         pmap_mask_set(pmap, sva, eva, mask, nbits, true);
3579 }
3580
3581 void
3582 pmap_disable_promotion(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
3583 {
3584
3585         MPASS((sva & L3_OFFSET) == 0);
3586         MPASS(((sva + size) & L3_OFFSET) == 0);
3587
3588         pmap_mask_set(kernel_pmap, sva, sva + size, ATTR_SW_NO_PROMOTE,
3589             ATTR_SW_NO_PROMOTE, false);
3590 }
3591
3592 /*
3593  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3594  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3595  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3596  * ordered by this virtual address range.
3597  *
3598  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3599  */
3600 static __inline int
3601 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3602 {
3603
3604         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3605         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3606         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3607 }
3608
3609 /*
3610  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3611  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3612  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3613  * specified virtual address.
3614  */
3615 static __inline vm_page_t
3616 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3617 {
3618
3619         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3620         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
3621 }
3622
3623 /*
3624  * Performs a break-before-make update of a pmap entry. This is needed when
3625  * either promoting or demoting pages to ensure the TLB doesn't get into an
3626  * inconsistent state.
3627  */
3628 static void
3629 pmap_update_entry(pmap_t pmap, pd_entry_t *pte, pd_entry_t newpte,
3630     vm_offset_t va, vm_size_t size)
3631 {
3632         register_t intr;
3633
3634         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3635
3636         if ((newpte & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0)
3637                 panic("%s: Updating non-promote pte", __func__);
3638
3639         /*
3640          * Ensure we don't get switched out with the page table in an
3641          * inconsistent state. We also need to ensure no interrupts fire
3642          * as they may make use of an address we are about to invalidate.
3643          */
3644         intr = intr_disable();
3645
3646         /*
3647          * Clear the old mapping's valid bit, but leave the rest of the entry
3648          * unchanged, so that a lockless, concurrent pmap_kextract() can still
3649          * lookup the physical address.
3650          */
3651         pmap_clear_bits(pte, ATTR_DESCR_VALID);
3652
3653         /*
3654          * When promoting, the L{1,2}_TABLE entry that is being replaced might
3655          * be cached, so we invalidate intermediate entries as well as final
3656          * entries.
3657          */
3658         pmap_invalidate_range(pmap, va, va + size, false);
3659
3660         /* Create the new mapping */
3661         pmap_store(pte, newpte);
3662         dsb(ishst);
3663
3664         intr_restore(intr);
3665 }
3666
3667 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3668 /*
3669  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3670  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3671  * for the 2MB page mapping.
3672  */
3673 static void
3674 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3675     struct rwlock **lockp)
3676 {
3677         struct md_page *pvh;
3678         pv_entry_t pv;
3679         vm_offset_t va_last;
3680         vm_page_t m;
3681
3682         KASSERT((pa & L2_OFFSET) == 0,
3683             ("pmap_pv_promote_l2: pa is not 2mpage aligned"));
3684         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3685
3686         /*
3687          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3688          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3689          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3690          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3691          * mappings that is being promoted.
3692          */
3693         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3694         va = va & ~L2_OFFSET;
3695         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3696         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv not found"));
3697         pvh = page_to_pvh(m);
3698         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3699         pvh->pv_gen++;
3700         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3701         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3702         do {
3703                 m++;
3704                 va += PAGE_SIZE;
3705                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3706         } while (va < va_last);
3707 }
3708
3709 /*
3710  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3711  * single level 2 table entry to a single 2MB page mapping.  For promotion
3712  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3713  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3714  * identical characteristics.
3715  */
3716 static void
3717 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
3718     struct rwlock **lockp)
3719 {
3720         pt_entry_t *firstl3, *l3, newl2, oldl3, pa;
3721         vm_page_t mpte;
3722         vm_offset_t sva;
3723
3724         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3725         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3726
3727         sva = va & ~L2_OFFSET;
3728         firstl3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
3729         newl2 = pmap_load(firstl3);
3730
3731         if (((newl2 & (~ATTR_MASK | ATTR_AF)) & L2_OFFSET) != ATTR_AF ||
3732             (newl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) != 0) {
3733                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3734                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3735                     " in pmap %p", va, pmap);
3736                 return;
3737         }
3738
3739 setl2:
3740         if ((newl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3741             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3742                 /*
3743                  * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is set,
3744                  * ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB invalidation.
3745                  */
3746                 if (!atomic_fcmpset_64(firstl3, &newl2, newl2 & ~ATTR_SW_DBM))
3747                         goto setl2;
3748                 newl2 &= ~ATTR_SW_DBM;
3749         }
3750
3751         pa = newl2 + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
3752         for (l3 = firstl3 + NL3PG - 1; l3 > firstl3; l3--) {
3753                 oldl3 = pmap_load(l3);
3754 setl3:
3755                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) ==
3756                     (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM)) {
3757                         /*
3758                          * When the mapping is clean, i.e., ATTR_S1_AP_RO is
3759                          * set, ATTR_SW_DBM can be cleared without a TLB
3760                          * invalidation.
3761                          */
3762                         if (!atomic_fcmpset_64(l3, &oldl3, oldl3 &
3763                             ~ATTR_SW_DBM))
3764                                 goto setl3;
3765                         oldl3 &= ~ATTR_SW_DBM;
3766                 }
3767                 if (oldl3 != pa) {
3768                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3769                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx"
3770                             " in pmap %p", va, pmap);
3771                         return;
3772                 }
3773                 pa -= PAGE_SIZE;
3774         }
3775
3776         /*
3777          * Save the page table page in its current state until the L2
3778          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_l2() or
3779          * destroyed by pmap_remove_l3().
3780          */
3781         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
3782         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3783             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3784             ("pmap_promote_l2: page table page is out of range"));
3785         KASSERT(mpte->pindex == pmap_l2_pindex(va),
3786             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
3787         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3788                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
3789                 CTR2(KTR_PMAP,
3790                     "pmap_promote_l2: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3791                     pmap);
3792                 return;
3793         }
3794
3795         if ((newl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
3796                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, newl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
3797
3798         newl2 &= ~ATTR_DESCR_MASK;
3799         newl2 |= L2_BLOCK;
3800
3801         pmap_update_entry(pmap, l2, newl2, sva, L2_SIZE);
3802
3803         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
3804         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
3805                     pmap);
3806 }
3807 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3808
3809 static int
3810 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
3811     int psind)
3812 {
3813         pd_entry_t *l0p, *l1p, *l2p, origpte;
3814         vm_page_t mp;
3815
3816         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3817         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES,
3818             ("psind %d unexpected", psind));
3819         KASSERT(((newpte & ~ATTR_MASK) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
3820             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
3821             (newpte & ~ATTR_MASK), newpte, psind));
3822
3823 restart:
3824         if (psind == 2) {
3825                 l0p = pmap_l0(pmap, va);
3826                 if ((pmap_load(l0p) & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3827                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l0_pindex(va), NULL);
3828                         if (mp == NULL) {
3829                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3830                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3831                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3832                                 vm_wait(NULL);
3833                                 PMAP_LOCK(pmap);
3834                                 goto restart;
3835                         }
3836                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3837                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3838                         origpte = pmap_load(l1p);
3839                 } else {
3840                         l1p = pmap_l0_to_l1(l0p, va);
3841                         KASSERT(l1p != NULL, ("va %#lx lost l1 entry", va));
3842                         origpte = pmap_load(l1p);
3843                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3844                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0p) &
3845                                     ~ATTR_MASK);
3846                                 mp->ref_count++;
3847                         }
3848                 }
3849                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3850                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK &&
3851                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3852                     ("va %#lx changing 1G phys page l1 %#lx newpte %#lx",
3853                     va, origpte, newpte));
3854                 pmap_store(l1p, newpte);
3855         } else /* (psind == 1) */ {
3856                 l2p = pmap_l2(pmap, va);
3857                 if (l2p == NULL) {
3858                         mp = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l1_pindex(va), NULL);
3859                         if (mp == NULL) {
3860                                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
3861                                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3862                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3863                                 vm_wait(NULL);
3864                                 PMAP_LOCK(pmap);
3865                                 goto restart;
3866                         }
3867                         l2p = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
3868                         l2p = &l2p[pmap_l2_index(va)];
3869                         origpte = pmap_load(l2p);
3870                 } else {
3871                         l1p = pmap_l1(pmap, va);
3872                         origpte = pmap_load(l2p);
3873                         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
3874                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l1p) &
3875                                     ~ATTR_MASK);
3876                                 mp->ref_count++;
3877                         }
3878                 }
3879                 KASSERT((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0 ||
3880                     ((origpte & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
3881                      (origpte & ~ATTR_MASK) == (newpte & ~ATTR_MASK)),
3882                     ("va %#lx changing 2M phys page l2 %#lx newpte %#lx",
3883                     va, origpte, newpte));
3884                 pmap_store(l2p, newpte);
3885         }
3886         dsb(ishst);
3887
3888         if ((origpte & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
3889                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
3890         if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) != 0 && (origpte & ATTR_SW_WIRED) == 0)
3891                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3892         else if ((newpte & ATTR_SW_WIRED) == 0 &&
3893             (origpte & ATTR_SW_WIRED) != 0)
3894                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
3895
3896         return (KERN_SUCCESS);
3897 }
3898
3899 /*
3900  * Add a single SMMU entry. This function does not sleep.
3901  */
3902 int
3903 pmap_senter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3904     vm_prot_t prot, u_int flags)
3905 {
3906         pd_entry_t *pde;
3907         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
3908         pt_entry_t *l3;
3909         vm_page_t mpte;
3910         int lvl;
3911         int rv;
3912
3913         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
3914         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS, ("wrong address space"));
3915
3916         va = trunc_page(va);
3917         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT |
3918             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE) | L3_PAGE);
3919         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3920                 new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
3921         new_l3 |= ATTR_S1_XN; /* Execute never. */
3922         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER);
3923         new_l3 |= ATTR_S1_nG; /* Non global. */
3924
3925         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_senter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
3926
3927         PMAP_LOCK(pmap);
3928
3929         /*
3930          * In the case that a page table page is not
3931          * resident, we are creating it here.
3932          */
3933 retry:
3934         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
3935         if (pde != NULL && lvl == 2) {
3936                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
3937         } else {
3938                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va), NULL);
3939                 if (mpte == NULL) {
3940                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
3941                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3942                         goto out;
3943                 }
3944                 goto retry;
3945         }
3946
3947         orig_l3 = pmap_load(l3);
3948         KASSERT(!pmap_l3_valid(orig_l3), ("l3 is valid"));
3949
3950         /* New mapping */
3951         pmap_store(l3, new_l3);
3952         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3953         dsb(ishst);
3954
3955         rv = KERN_SUCCESS;
3956 out:
3957         PMAP_UNLOCK(pmap);
3958
3959         return (rv);
3960 }
3961
3962 /*
3963  * Remove a single SMMU entry.
3964  */
3965 int
3966 pmap_sremove(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3967 {
3968         pt_entry_t *pte;
3969         int lvl;
3970         int rc;
3971
3972         PMAP_LOCK(pmap);
3973
3974         pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
3975         KASSERT(lvl == 3,
3976             ("Invalid SMMU pagetable level: %d != 3", lvl));
3977
3978         if (pte != NULL) {
3979                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3980                 pmap_clear(pte);
3981                 rc = KERN_SUCCESS;
3982         } else
3983                 rc = KERN_FAILURE;
3984
3985         PMAP_UNLOCK(pmap);
3986
3987         return (rc);
3988 }
3989
3990 /*
3991  * Remove all the allocated L1, L2 pages from SMMU pmap.
3992  * All the L3 entires must be cleared in advance, otherwise
3993  * this function panics.
3994  */
3995 void
3996 pmap_sremove_pages(pmap_t pmap)
3997 {
3998         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
3999         pt_entry_t *l3, l3e;
4000         vm_page_t m, m0, m1;
4001         vm_offset_t sva;
4002         vm_paddr_t pa;
4003         vm_paddr_t pa0;
4004         vm_paddr_t pa1;
4005         int i, j, k, l;
4006
4007         PMAP_LOCK(pmap);
4008
4009         for (sva = VM_MINUSER_ADDRESS, i = pmap_l0_index(sva);
4010             (i < Ln_ENTRIES && sva < VM_MAXUSER_ADDRESS); i++) {
4011                 l0e = pmap->pm_l0[i];
4012                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4013                         sva += L0_SIZE;
4014                         continue;
4015                 }
4016                 pa0 = l0e & ~ATTR_MASK;
4017                 m0 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa0);
4018                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa0);
4019
4020                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4021                         l1e = l1[j];
4022                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4023                                 sva += L1_SIZE;
4024                                 continue;
4025                         }
4026                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4027                                 sva += L1_SIZE;
4028                                 continue;
4029                         }
4030                         pa1 = l1e & ~ATTR_MASK;
4031                         m1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pa1);
4032                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa1);
4033
4034                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
4035                                 l2e = l2[k];
4036                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
4037                                         sva += L2_SIZE;
4038                                         continue;
4039                                 }
4040                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
4041                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4042                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4043
4044                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
4045                                     l++, sva += L3_SIZE) {
4046                                         l3e = l3[l];
4047                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0)
4048                                                 continue;
4049                                         panic("%s: l3e found for va %jx\n",
4050                                             __func__, sva);
4051                                 }
4052
4053                                 vm_page_unwire_noq(m1);
4054                                 vm_page_unwire_noq(m);
4055                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4056                                 vm_page_free(m);
4057                                 pmap_clear(&l2[k]);
4058                         }
4059
4060                         vm_page_unwire_noq(m0);
4061                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4062                         vm_page_free(m1);
4063                         pmap_clear(&l1[j]);
4064                 }
4065
4066                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4067                 vm_page_free(m0);
4068                 pmap_clear(&pmap->pm_l0[i]);
4069         }
4070
4071         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4072             ("Invalid resident count %jd", pmap->pm_stats.resident_count));
4073
4074         PMAP_UNLOCK(pmap);
4075 }
4076
4077 /*
4078  *      Insert the given physical page (p) at
4079  *      the specified virtual address (v) in the
4080  *      target physical map with the protection requested.
4081  *
4082  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4083  *      that the related pte can not be reclaimed.
4084  *
4085  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4086  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4087  *      insert this page into the given map NOW.
4088  */
4089 int
4090 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4091     u_int flags, int8_t psind)
4092 {
4093         struct rwlock *lock;
4094         pd_entry_t *pde;
4095         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
4096         pt_entry_t *l2, *l3;
4097         pv_entry_t pv;
4098         vm_paddr_t opa, pa;
4099         vm_page_t mpte, om;
4100         boolean_t nosleep;
4101         int lvl, rv;
4102
4103         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4104             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4105
4106         va = trunc_page(va);
4107         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4108                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
4109         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4110         new_l3 = (pt_entry_t)(pa | ATTR_DEFAULT | L3_PAGE);
4111         new_l3 |= pmap_pte_memattr(pmap, m->md.pv_memattr);
4112         new_l3 |= pmap_pte_prot(pmap, prot);
4113
4114         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4115                 new_l3 |= ATTR_SW_WIRED;
4116         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4117                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4118                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4119                 else
4120                         new_l3 |= ATTR_S1_UXN;
4121                 if (pmap != kernel_pmap)
4122                         new_l3 |= ATTR_S1_nG;
4123         } else {
4124                 /*
4125                  * Clear the access flag on executable mappings, this will be
4126                  * set later when the page is accessed. The fault handler is
4127                  * required to invalidate the I-cache.
4128                  *
4129                  * TODO: Switch to the valid flag to allow hardware management
4130                  * of the access flag. Much of the pmap code assumes the
4131                  * valid flag is set and fails to destroy the old page tables
4132                  * correctly if it is clear.
4133                  */
4134                 if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
4135                         new_l3 &= ~ATTR_AF;
4136         }
4137         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4138                 new_l3 |= ATTR_SW_MANAGED;
4139                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
4140                         new_l3 |= ATTR_SW_DBM;
4141                         if ((flags & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4142                                 if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
4143                                         new_l3 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
4144                                 else
4145                                         new_l3 &=
4146                                             ~ATTR_S2_S2AP(ATTR_S2_S2AP_WRITE);
4147                         }
4148                 }
4149         }
4150
4151         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
4152
4153         lock = NULL;
4154         PMAP_LOCK(pmap);
4155         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
4156                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4157                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
4158                 new_l3 &= ~L3_PAGE;
4159                 if (psind == 2)
4160                         new_l3 |= L1_BLOCK;
4161                 else /* (psind == 1) */
4162                         new_l3 |= L2_BLOCK;
4163                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, new_l3, flags, psind);
4164                 goto out;
4165         }
4166         if (psind == 1) {
4167                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
4168                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4169                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4170                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, (new_l3 & ~L3_PAGE) | L2_BLOCK,
4171                     flags, m, &lock);
4172                 goto out;
4173         }
4174         mpte = NULL;
4175
4176         /*
4177          * In the case that a page table page is not
4178          * resident, we are creating it here.
4179          */
4180 retry:
4181         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4182         if (pde != NULL && lvl == 2) {
4183                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4184                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va) && mpte == NULL) {
4185                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4186                         mpte->ref_count++;
4187                 }
4188                 goto havel3;
4189         } else if (pde != NULL && lvl == 1) {
4190                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4191                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK &&
4192                     (l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock)) != NULL) {
4193                         l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4194                         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4195                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(
4196                                     pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4197                                 mpte->ref_count++;
4198                         }
4199                         goto havel3;
4200                 }
4201                 /* We need to allocate an L3 table. */
4202         }
4203         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4204                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4205
4206                 /*
4207                  * We use _pmap_alloc_l3() instead of pmap_alloc_l3() in order
4208                  * to handle the possibility that a superpage mapping for "va"
4209                  * was created while we slept.
4210                  */
4211                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, pmap_l2_pindex(va),
4212                     nosleep ? NULL : &lock);
4213                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4214                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
4215                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4216                         goto out;
4217                 }
4218                 goto retry;
4219         } else
4220                 panic("pmap_enter: missing L3 table for kernel va %#lx", va);
4221
4222 havel3:
4223         orig_l3 = pmap_load(l3);
4224         opa = orig_l3 & ~ATTR_MASK;
4225         pv = NULL;
4226
4227         /*
4228          * Is the specified virtual address already mapped?
4229          */
4230         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4231                 /*
4232                  * Only allow adding new entries on stage 2 tables for now.
4233                  * This simplifies cache invalidation as we may need to call
4234                  * into EL2 to perform such actions.
4235                  */
4236                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4237                 /*
4238                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4239                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4240                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4241                  * the PT page will be also.
4242                  */
4243                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
4244                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4245                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4246                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
4247                     (orig_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4248                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4249
4250                 /*
4251                  * Remove the extra PT page reference.
4252                  */
4253                 if (mpte != NULL) {
4254                         mpte->ref_count--;
4255                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
4256                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4257                              " va: 0x%lx", va));
4258                 }
4259
4260                 /*
4261                  * Has the physical page changed?
4262                  */
4263                 if (opa == pa) {
4264                         /*
4265                          * No, might be a protection or wiring change.
4266                          */
4267                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4268                             (new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4269                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4270                         goto validate;
4271                 }
4272
4273                 /*
4274                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
4275                  * the mapping.
4276                  */
4277                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
4278                 KASSERT((orig_l3 & ~ATTR_MASK) == opa,
4279                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
4280                 if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4281                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4282
4283                         /*
4284                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
4285                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
4286                          * pmap_ts_referenced().
4287                          */
4288                         if (pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4289                                 vm_page_dirty(om);
4290                         if ((orig_l3 & ATTR_AF) != 0) {
4291                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4292                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4293                         }
4294                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4295                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
4296                         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4297                                 free_pv_entry(pmap, pv);
4298                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4299                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4300                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4301                             TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(om)->pv_list)))
4302                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4303                 } else {
4304                         KASSERT((orig_l3 & ATTR_AF) != 0,
4305                             ("pmap_enter: unmanaged mapping lacks ATTR_AF"));
4306                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4307                 }
4308                 orig_l3 = 0;
4309         } else {
4310                 /*
4311                  * Increment the counters.
4312                  */
4313                 if ((new_l3 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4314                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4315                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4316         }
4317         /*
4318          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4319          */
4320         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4321                 if (pv == NULL) {
4322                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4323                         pv->pv_va = va;
4324                 }
4325                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4326                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4327                 m->md.pv_gen++;
4328                 if ((new_l3 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4329                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4330         }
4331
4332 validate:
4333         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
4334                 /*
4335                  * Sync icache if exec permission and attribute
4336                  * VM_MEMATTR_WRITE_BACK is set. Do it now, before the mapping
4337                  * is stored and made valid for hardware table walk. If done
4338                  * later, then other can access this page before caches are
4339                  * properly synced. Don't do it for kernel memory which is
4340                  * mapped with exec permission even if the memory isn't going
4341                  * to hold executable code. The only time when icache sync is
4342                  * needed is after kernel module is loaded and the relocation
4343                  * info is processed. And it's done in elf_cpu_load_file().
4344                 */
4345                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) &&  pmap != kernel_pmap &&
4346                     m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK &&
4347                     (opa != pa || (orig_l3 & ATTR_S1_XN))) {
4348                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4349                         cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4350                 }
4351         } else {
4352                 cpu_dcache_wb_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4353         }
4354
4355         /*
4356          * Update the L3 entry
4357          */
4358         if (pmap_l3_valid(orig_l3)) {
4359                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4360                 KASSERT(opa == pa, ("pmap_enter: invalid update"));
4361                 if ((orig_l3 & ~ATTR_AF) != (new_l3 & ~ATTR_AF)) {
4362                         /* same PA, different attributes */
4363                         orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
4364                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
4365                         if ((orig_l3 & ATTR_SW_MANAGED) != 0 &&
4366                             pmap_pte_dirty(pmap, orig_l3))
4367                                 vm_page_dirty(m);
4368                 } else {
4369                         /*
4370                          * orig_l3 == new_l3
4371                          * This can happens if multiple threads simultaneously
4372                          * access not yet mapped page. This bad for performance
4373                          * since this can cause full demotion-NOP-promotion
4374                          * cycle.
4375                          * Another possible reasons are:
4376                          * - VM and pmap memory layout are diverged
4377                          * - tlb flush is missing somewhere and CPU doesn't see
4378                          *   actual mapping.
4379                          */
4380                         CTR4(KTR_PMAP, "%s: already mapped page - "
4381                             "pmap %p va 0x%#lx pte 0x%lx",
4382                             __func__, pmap, va, new_l3);
4383                 }
4384         } else {
4385                 /* New mapping */
4386                 pmap_store(l3, new_l3);
4387                 dsb(ishst);
4388         }
4389
4390 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4391         /*
4392          * Try to promote from level 3 pages to a level 2 superpage. This
4393          * currently only works on stage 1 pmaps as pmap_promote_l2 looks at
4394          * stage 1 specific fields and performs a break-before-make sequence
4395          * that is incorrect a stage 2 pmap.
4396          */
4397         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NL3PG) &&
4398             pmap_ps_enabled(pmap) && pmap->pm_stage == PM_STAGE1 &&
4399             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4400             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
4401                 pmap_promote_l2(pmap, pde, va, &lock);
4402         }
4403 #endif
4404
4405         rv = KERN_SUCCESS;
4406 out:
4407         if (lock != NULL)
4408                 rw_wunlock(lock);
4409         PMAP_UNLOCK(pmap);
4410         return (rv);
4411 }
4412
4413 /*
4414  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4415  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4416  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4417  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4418  * PV entry.
4419  */
4420 static bool
4421 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4422     struct rwlock **lockp)
4423 {
4424         pd_entry_t new_l2;
4425
4426         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4427         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4428         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4429             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4430
4431         new_l2 = (pd_entry_t)(VM_PAGE_TO_PHYS(m) | ATTR_DEFAULT |
4432             ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) |
4433             L2_BLOCK);
4434         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4435                 new_l2 |= ATTR_SW_MANAGED;
4436                 new_l2 &= ~ATTR_AF;
4437         }
4438         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4439             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4440                 new_l2 |= ATTR_S1_XN;
4441         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4442                 new_l2 |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4443         else
4444                 new_l2 |= ATTR_S1_UXN;
4445         if (pmap != kernel_pmap)
4446                 new_l2 |= ATTR_S1_nG;
4447         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4448             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, m, lockp) ==
4449             KERN_SUCCESS);
4450 }
4451
4452 /*
4453  * Returns true if every page table entry in the specified page table is
4454  * zero.
4455  */
4456 static bool
4457 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
4458 {
4459         pt_entry_t *pt_end, *pte;
4460
4461         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
4462         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4463         for (pt_end = pte + Ln_ENTRIES; pte < pt_end; pte++) {
4464                 if (*pte != 0)
4465                         return (false);
4466         }
4467         return (true);
4468 }
4469
4470 /*
4471  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4472  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4473  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4474  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4475  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4476  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4477  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4478  */
4479 static int
4480 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
4481     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4482 {
4483         struct spglist free;
4484         pd_entry_t *l2, old_l2;
4485         vm_page_t l2pg, mt;
4486
4487         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4488         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4489             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4490
4491         if ((l2 = pmap_alloc_l2(pmap, va, &l2pg, (flags &
4492             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
4493                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4494                     va, pmap);
4495                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4496         }
4497
4498         /*
4499          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
4500          */
4501         if ((old_l2 = pmap_load(l2)) != 0) {
4502                 KASSERT(l2pg == NULL || l2pg->ref_count > 1,
4503                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
4504                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 &&
4505                     (!ADDR_IS_KERNEL(va) ||
4506                     (old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK ||
4507                     !pmap_every_pte_zero(old_l2 & ~ATTR_MASK))) {
4508                         if (l2pg != NULL)
4509                                 l2pg->ref_count--;
4510                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx"
4511                             " in pmap %p", va, pmap);
4512                         return (KERN_FAILURE);
4513                 }
4514                 SLIST_INIT(&free);
4515                 if ((old_l2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK)
4516                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
4517                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
4518                 else
4519                         pmap_remove_l3_range(pmap, old_l2, va, va + L2_SIZE,
4520                             &free, lockp);
4521                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4522                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4523                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
4524                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
4525                 } else {
4526                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4527                             ("pmap_enter_l2: freed kernel page table page"));
4528
4529                         /*
4530                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3_range()
4531                          * will leave the kernel page table page zero filled.
4532                          * Nonetheless, the TLB could have an intermediate
4533                          * entry for the kernel page table page, so request
4534                          * an invalidation at all levels after clearing
4535                          * the L2_TABLE entry.
4536                          */
4537                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l2) & ~ATTR_MASK);
4538                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4539                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
4540                         pmap_clear(l2);
4541                         pmap_invalidate_page(pmap, va, false);
4542                 }
4543         }
4544
4545         if ((new_l2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0) {
4546                 /*
4547                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4548                  */
4549                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
4550                         if (l2pg != NULL)
4551                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, l2pg);
4552                         CTR2(KTR_PMAP,
4553                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
4554                             va, pmap);
4555                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4556                 }
4557                 if ((new_l2 & ATTR_SW_DBM) != 0)
4558                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
4559                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4560         }
4561
4562         /*
4563          * Increment counters.
4564          */
4565         if ((new_l2 & ATTR_SW_WIRED) != 0)
4566                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4567         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
4568
4569         /*
4570          * Conditionally sync the icache.  See pmap_enter() for details.
4571          */
4572         if ((new_l2 & ATTR_S1_XN) == 0 && ((new_l2 & ~ATTR_MASK) !=
4573             (old_l2 & ~ATTR_MASK) || (old_l2 & ATTR_S1_XN) != 0) &&
4574             pmap != kernel_pmap && m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK) {
4575                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(new_l2 & ~ATTR_MASK),
4576                     L2_SIZE);
4577         }
4578
4579         /*
4580          * Map the superpage.
4581          */
4582         pmap_store(l2, new_l2);
4583         dsb(ishst);
4584
4585         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
4586         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
4587             va, pmap);
4588
4589         return (KERN_SUCCESS);
4590 }
4591
4592 /*
4593  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4594  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4595  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4596  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4597  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4598  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4599  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4600  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4601  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4602  * corresponding offset from m_start are mapped.
4603  */
4604 void
4605 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4606     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4607 {
4608         struct rwlock *lock;
4609         vm_offset_t va;
4610         vm_page_t m, mpte;
4611         vm_pindex_t diff, psize;
4612
4613         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4614
4615         psize = atop(end - start);
4616         mpte = NULL;
4617         m = m_start;
4618         lock = NULL;
4619         PMAP_LOCK(pmap);
4620         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4621                 va = start + ptoa(diff);
4622                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
4623                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
4624                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
4625                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
4626                 else
4627                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
4628                             &lock);
4629                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4630         }
4631         if (lock != NULL)
4632                 rw_wunlock(lock);
4633         PMAP_UNLOCK(pmap);
4634 }
4635
4636 /*
4637  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4638  * 1. Current pmap & pmap exists.
4639  * 2. Not wired.
4640  * 3. Read access.
4641  * 4. No page table pages.
4642  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4643  */
4644
4645 void
4646 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4647 {
4648         struct rwlock *lock;
4649
4650         lock = NULL;
4651         PMAP_LOCK(pmap);
4652         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4653         if (lock != NULL)
4654                 rw_wunlock(lock);
4655         PMAP_UNLOCK(pmap);
4656 }
4657
4658 static vm_page_t
4659 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4660     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4661 {
4662         pd_entry_t *pde;
4663         pt_entry_t *l2, *l3, l3_val;
4664         vm_paddr_t pa;
4665         int lvl;
4666
4667         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4668             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4669             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4670         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4671         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
4672         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
4673             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
4674
4675         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
4676         /*
4677          * In the case that a page table page is not
4678          * resident, we are creating it here.
4679          */
4680         if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
4681                 vm_pindex_t l2pindex;
4682
4683                 /*
4684                  * Calculate pagetable page index
4685                  */
4686                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
4687                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
4688                         mpte->ref_count++;
4689                 } else {
4690                         /*
4691                          * Get the l2 entry
4692                          */
4693                         pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
4694
4695                         /*
4696                          * If the page table page is mapped, we just increment
4697                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4698                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4699                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4700                          */
4701                         if (lvl == 1) {
4702                                 l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
4703                                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) ==
4704                                     L2_BLOCK)
4705                                         return (NULL);
4706                         }
4707                         if (lvl == 2 && pmap_load(pde) != 0) {
4708                                 mpte =
4709                                     PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(pde) & ~ATTR_MASK);
4710                                 mpte->ref_count++;
4711                         } else {
4712                                 /*
4713                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4714                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4715                                  */
4716                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
4717                                 if (mpte == NULL)
4718                                         return (mpte);
4719                         }
4720                 }
4721                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4722                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
4723         } else {
4724                 mpte = NULL;
4725                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
4726                 KASSERT(pde != NULL,
4727                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid page entry, va: 0x%lx",
4728                      va));
4729                 KASSERT(lvl == 2,
4730                     ("pmap_enter_quick_locked: Invalid level %d", lvl));
4731                 l3 = pmap_l2_to_l3(pde, va);
4732         }
4733
4734         /*
4735          * Abort if a mapping already exists.
4736          */
4737         if (pmap_load(l3) != 0) {
4738                 if (mpte != NULL)
4739                         mpte->ref_count--;
4740                 return (NULL);
4741         }
4742
4743         /*
4744          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4745          */
4746         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4747             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4748                 if (mpte != NULL)
4749                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4750                 return (NULL);
4751         }
4752
4753         /*
4754          * Increment counters
4755          */
4756         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4757
4758         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4759         l3_val = pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_IDX(m->md.pv_memattr) |
4760             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | L3_PAGE;
4761         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
4762             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_DEVICE)
4763                 l3_val |= ATTR_S1_XN;
4764         if (!ADDR_IS_KERNEL(va))
4765                 l3_val |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER) | ATTR_S1_PXN;
4766         else
4767                 l3_val |= ATTR_S1_UXN;
4768         if (pmap != kernel_pmap)
4769                 l3_val |= ATTR_S1_nG;
4770
4771         /*
4772          * Now validate mapping with RO protection
4773          */
4774         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
4775                 l3_val |= ATTR_SW_MANAGED;
4776                 l3_val &= ~ATTR_AF;
4777         }
4778
4779         /* Sync icache before the mapping is stored to PTE */
4780         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) && pmap != kernel_pmap &&
4781             m->md.pv_memattr == VM_MEMATTR_WRITE_BACK)
4782                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), PAGE_SIZE);
4783
4784         pmap_store(l3, l3_val);
4785         dsb(ishst);
4786
4787         return (mpte);
4788 }
4789
4790 /*
4791  * This code maps large physical mmap regions into the
4792  * processor address space.  Note that some shortcuts
4793  * are taken, but the code works.
4794  */
4795 void
4796 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4797     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4798 {
4799
4800         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4801         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4802             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4803 }
4804
4805 /*
4806  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4807  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4808  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4809  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4810  *
4811  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4812  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4813  */
4814 void
4815 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4816 {
4817         vm_offset_t va_next;
4818         pd_entry_t *l0, *l1, *l2;
4819         pt_entry_t *l3;
4820
4821         PMAP_LOCK(pmap);
4822         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4823                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
4824                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4825                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4826                         if (va_next < sva)
4827                                 va_next = eva;
4828                         continue;
4829                 }
4830
4831                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
4832                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4833                 if (va_next < sva)
4834                         va_next = eva;
4835                 if (pmap_load(l1) == 0)
4836                         continue;
4837
4838                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4839                         KASSERT(va_next <= eva,
4840                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4841                             "l1 %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
4842                             pmap_load(l1), sva, eva, va_next));
4843                         MPASS(pmap != kernel_pmap);
4844                         MPASS((pmap_load(l1) & (ATTR_SW_MANAGED |
4845                             ATTR_SW_WIRED)) == ATTR_SW_WIRED);
4846                         pmap_clear_bits(l1, ATTR_SW_WIRED);
4847                         pmap->pm_stats.wired_count -= L1_SIZE / PAGE_SIZE;
4848                         continue;
4849                 }
4850
4851                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4852                 if (va_next < sva)
4853                         va_next = eva;
4854
4855                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
4856                 if (pmap_load(l2) == 0)
4857                         continue;
4858
4859                 if ((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4860                         if ((pmap_load(l2) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4861                                 panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
4862                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l2));
4863
4864                         /*
4865                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4866                          * demote the mapping and fall through.
4867                          */
4868                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
4869                                 pmap_clear_bits(l2, ATTR_SW_WIRED);
4870                                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE /
4871                                     PAGE_SIZE;
4872                                 continue;
4873                         } else if (pmap_demote_l2(pmap, l2, sva) == NULL)
4874                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
4875                 }
4876                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
4877                     ("pmap_unwire: Invalid l2 entry after demotion"));
4878
4879                 if (va_next > eva)
4880                         va_next = eva;
4881                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
4882                     sva += L3_SIZE) {
4883                         if (pmap_load(l3) == 0)
4884                                 continue;
4885                         if ((pmap_load(l3) & ATTR_SW_WIRED) == 0)
4886                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
4887                                     "ATTR_SW_WIRED", (uintmax_t)pmap_load(l3));
4888
4889                         /*
4890                          * ATTR_SW_WIRED must be cleared atomically.  Although
4891                          * the pmap lock synchronizes access to ATTR_SW_WIRED,
4892                          * the System MMU may write to the entry concurrently.
4893                          */
4894                         pmap_clear_bits(l3, ATTR_SW_WIRED);
4895                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4896                 }
4897         }
4898         PMAP_UNLOCK(pmap);
4899 }
4900
4901 /*
4902  *      Copy the range specified by src_addr/len
4903  *      from the source map to the range dst_addr/len
4904  *      in the destination map.
4905  *
4906  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4907  *
4908  *      Because the executable mappings created by this routine are copied,
4909  *      it should not have to flush the instruction cache.
4910  */
4911 void
4912 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4913     vm_offset_t src_addr)
4914 {
4915         struct rwlock *lock;
4916         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, srcptepaddr;
4917         pt_entry_t *dst_pte, mask, nbits, ptetemp, *src_pte;
4918         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
4919         vm_page_t dst_m, dstmpte, srcmpte;
4920
4921         PMAP_ASSERT_STAGE1(dst_pmap);
4922         PMAP_ASSERT_STAGE1(src_pmap);
4923
4924         if (dst_addr != src_addr)
4925                 return;
4926         end_addr = src_addr + len;
4927         lock = NULL;
4928         if (dst_pmap < src_pmap) {
4929                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4930                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4931         } else {
4932                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4933                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4934         }
4935         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4936                 l0 = pmap_l0(src_pmap, addr);
4937                 if (pmap_load(l0) == 0) {
4938                         va_next = (addr + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
4939                         if (va_next < addr)
4940                                 va_next = end_addr;
4941                         continue;
4942                 }
4943
4944                 va_next = (addr + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
4945                 if (va_next < addr)
4946                         va_next = end_addr;
4947                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, addr);
4948                 if (pmap_load(l1) == 0)
4949                         continue;
4950                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
4951                         KASSERT(va_next <= end_addr,
4952                             ("partial update of non-transparent 1G page "
4953                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4954                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4955                         srcptepaddr = pmap_load(l1);
4956                         l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4957                         if (l1 == NULL) {
4958                                 if (_pmap_alloc_l3(dst_pmap,
4959                                     pmap_l0_pindex(addr), NULL) == NULL)
4960                                         break;
4961                                 l1 = pmap_l1(dst_pmap, addr);
4962                         } else {
4963                                 l0 = pmap_l0(dst_pmap, addr);
4964                                 dst_m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_load(l0) &
4965                                     ~ATTR_MASK);
4966                                 dst_m->ref_count++;
4967                         }
4968                         KASSERT(pmap_load(l1) == 0,
4969                             ("1G mapping present in dst pmap "
4970                             "l1 %#lx addr %#lx end_addr %#lx va_next %#lx",
4971                             pmap_load(l1), addr, end_addr, va_next));
4972                         pmap_store(l1, srcptepaddr & ~ATTR_SW_WIRED);
4973                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L1_SIZE / PAGE_SIZE);
4974                         continue;
4975                 }
4976
4977                 va_next = (addr + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
4978                 if (va_next < addr)
4979                         va_next = end_addr;
4980                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, addr);
4981                 srcptepaddr = pmap_load(l2);
4982                 if (srcptepaddr == 0)
4983                         continue;
4984                 if ((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
4985                         /*
4986                          * We can only virtual copy whole superpages.
4987                          */
4988                         if ((addr & L2_OFFSET) != 0 ||
4989                             addr + L2_SIZE > end_addr)
4990                                 continue;
4991                         l2 = pmap_alloc_l2(dst_pmap, addr, &dst_m, NULL);
4992                         if (l2 == NULL)
4993                                 break;
4994                         if (pmap_load(l2) == 0 &&
4995                             ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) == 0 ||
4996                             pmap_pv_insert_l2(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4997                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
4998                                 /*
4999                                  * We leave the dirty bit unchanged because
5000                                  * managed read/write superpage mappings are
5001                                  * required to be dirty.  However, managed
5002                                  * superpage mappings are not required to
5003                                  * have their accessed bit set, so we clear
5004                                  * it because we don't know if this mapping
5005                                  * will be used.
5006                                  */
5007                                 srcptepaddr &= ~ATTR_SW_WIRED;
5008                                 if ((srcptepaddr & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
5009                                         srcptepaddr &= ~ATTR_AF;
5010                                 pmap_store(l2, srcptepaddr);
5011                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, L2_SIZE /
5012                                     PAGE_SIZE);
5013                                 atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
5014                         } else
5015                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_m);
5016                         continue;
5017                 }
5018                 KASSERT((srcptepaddr & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5019                     ("pmap_copy: invalid L2 entry"));
5020                 srcptepaddr &= ~ATTR_MASK;
5021                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5022                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
5023                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5024                 if (va_next > end_addr)
5025                         va_next = end_addr;
5026                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5027                 src_pte = &src_pte[pmap_l3_index(addr)];
5028                 dstmpte = NULL;
5029                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
5030                         ptetemp = pmap_load(src_pte);
5031
5032                         /*
5033                          * We only virtual copy managed pages.
5034                          */
5035                         if ((ptetemp & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5036                                 continue;
5037
5038                         if (dstmpte != NULL) {
5039                                 KASSERT(dstmpte->pindex == pmap_l2_pindex(addr),
5040                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
5041                                 dstmpte->ref_count++;
5042                         } else if ((dstmpte = pmap_alloc_l3(dst_pmap, addr,
5043                             NULL)) == NULL)
5044                                 goto out;
5045                         dst_pte = (pt_entry_t *)
5046                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5047                         dst_pte = &dst_pte[pmap_l3_index(addr)];
5048                         if (pmap_load(dst_pte) == 0 &&
5049                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5050                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & ~ATTR_MASK), &lock)) {
5051                                 /*
5052                                  * Clear the wired, modified, and accessed
5053                                  * (referenced) bits during the copy.
5054                                  */
5055                                 mask = ATTR_AF | ATTR_SW_WIRED;
5056                                 nbits = 0;
5057                                 if ((ptetemp & ATTR_SW_DBM) != 0)
5058                                         nbits |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5059                                 pmap_store(dst_pte, (ptetemp & ~mask) | nbits);
5060                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5061                         } else {
5062                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
5063                                 goto out;
5064                         }
5065                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
5066                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
5067                                 break;
5068                 }
5069         }
5070 out:
5071         /*
5072          * XXX This barrier may not be needed because the destination pmap is
5073          * not active.
5074          */
5075         dsb(ishst);
5076
5077         if (lock != NULL)
5078                 rw_wunlock(lock);
5079         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5080         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5081 }
5082
5083 /*
5084  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5085  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5086  */
5087 void
5088 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5089 {
5090         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5091
5092         pagezero((void *)va);
5093 }
5094
5095 /*
5096  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping
5097  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5098  *
5099  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5100  */
5101 void
5102 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5103 {
5104         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5105
5106         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5107                 pagezero((void *)va);
5108         else
5109                 bzero((char *)va + off, size);
5110 }
5111
5112 /*
5113  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5114  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5115  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5116  *      time.
5117  */
5118 void
5119 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5120 {
5121         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5122         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5123
5124         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5125 }
5126
5127 int unmapped_buf_allowed = 1;
5128
5129 void
5130 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5131     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5132 {
5133         void *a_cp, *b_cp;
5134         vm_page_t m_a, m_b;
5135         vm_paddr_t p_a, p_b;
5136         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
5137         int cnt;
5138
5139         while (xfersize > 0) {
5140                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5141                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5142                 p_a = m_a->phys_addr;
5143                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5144                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5145                 p_b = m_b->phys_addr;
5146                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5147                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5148                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
5149                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
5150                 } else {
5151                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
5152                 }
5153                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
5154                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
5155                 } else {
5156                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
5157                 }
5158                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5159                 a_offset += cnt;
5160                 b_offset += cnt;
5161                 xfersize -= cnt;
5162         }
5163 }
5164
5165 vm_offset_t
5166 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5167 {
5168
5169         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
5170 }
5171
5172 void
5173 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5174 {
5175 }
5176
5177 /*
5178  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5179  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5180  * be changed upwards or downwards in the future; it
5181  * is only necessary that true be returned for a small
5182  * subset of pmaps for proper page aging.
5183  */
5184 boolean_t
5185 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5186 {
5187         struct md_page *pvh;
5188         struct rwlock *lock;
5189         pv_entry_t pv;
5190         int loops = 0;
5191         boolean_t rv;
5192
5193         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5194             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5195         rv = FALSE;
5196         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5197         rw_rlock(lock);
5198         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5199                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5200                         rv = TRUE;
5201                         break;
5202                 }
5203                 loops++;
5204                 if (loops >= 16)
5205                         break;
5206         }
5207         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5208                 pvh = page_to_pvh(m);
5209                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5210                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5211                                 rv = TRUE;
5212                                 break;
5213                         }
5214                         loops++;
5215                         if (loops >= 16)
5216                                 break;
5217                 }
5218         }
5219         rw_runlock(lock);
5220         return (rv);
5221 }
5222
5223 /*
5224  *      pmap_page_wired_mappings:
5225  *
5226  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5227  *      that are wired.
5228  */
5229 int
5230 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5231 {
5232         struct rwlock *lock;
5233         struct md_page *pvh;
5234         pmap_t pmap;
5235         pt_entry_t *pte;
5236         pv_entry_t pv;
5237         int count, lvl, md_gen, pvh_gen;
5238
5239         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5240                 return (0);
5241         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5242         rw_rlock(lock);
5243 restart:
5244         count = 0;
5245         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5246                 pmap = PV_PMAP(pv);
5247                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5248                         md_gen = m->md.pv_gen;
5249                         rw_runlock(lock);
5250                         PMAP_LOCK(pmap);
5251                         rw_rlock(lock);
5252                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5253                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5254                                 goto restart;
5255                         }
5256                 }
5257                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5258                 if (pte != NULL && (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5259                         count++;
5260                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5261         }
5262         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5263                 pvh = page_to_pvh(m);
5264                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5265                         pmap = PV_PMAP(pv);
5266                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5267                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5268                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5269                                 rw_runlock(lock);
5270                                 PMAP_LOCK(pmap);
5271                                 rw_rlock(lock);
5272                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5273                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5274                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5275                                         goto restart;
5276                                 }
5277                         }
5278                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5279                         if (pte != NULL &&
5280                             (pmap_load(pte) & ATTR_SW_WIRED) != 0)
5281                                 count++;
5282                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5283                 }
5284         }
5285         rw_runlock(lock);
5286         return (count);
5287 }
5288
5289 /*
5290  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
5291  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
5292  */
5293 bool
5294 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5295 {
5296         struct rwlock *lock;
5297         bool rv;
5298
5299         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5300                 return (false);
5301         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5302         rw_rlock(lock);
5303         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5304             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5305             !TAILQ_EMPTY(&page_to_pvh(m)->pv_list));
5306         rw_runlock(lock);
5307         return (rv);
5308 }
5309
5310 /*
5311  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5312  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5313  * caller.
5314  *
5315  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5316  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5317  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5318  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5319  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5320  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5321  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5322  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5323  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5324  * this function starts.
5325  */
5326 void
5327 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5328 {
5329         pd_entry_t *pde;
5330         pt_entry_t *pte, tpte;
5331         struct spglist free;
5332         vm_page_t m, ml3, mt;
5333         pv_entry_t pv;
5334         struct md_page *pvh;
5335         struct pv_chunk *pc, *npc;
5336         struct rwlock *lock;
5337         int64_t bit;
5338         uint64_t inuse, bitmask;
5339         int allfree, field, freed, idx, lvl;
5340         vm_paddr_t pa;
5341
5342         lock = NULL;
5343
5344         SLIST_INIT(&free);
5345         PMAP_LOCK(pmap);
5346         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5347                 allfree = 1;
5348                 freed = 0;
5349                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5350                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5351                         while (inuse != 0) {
5352                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
5353                                 bitmask = 1UL << bit;
5354                                 idx = field * 64 + bit;
5355                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5356                                 inuse &= ~bitmask;
5357
5358                                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5359                                 KASSERT(pde != NULL,
5360                                     ("Attempting to remove an unmapped page"));
5361
5362                                 switch(lvl) {
5363                                 case 1:
5364                                         pte = pmap_l1_to_l2(pde, pv->pv_va);
5365                                         tpte = pmap_load(pte); 
5366                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5367                                             L2_BLOCK,
5368                                             ("Attempting to remove an invalid "
5369                                             "block: %lx", tpte));
5370                                         break;
5371                                 case 2:
5372                                         pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5373                                         tpte = pmap_load(pte);
5374                                         KASSERT((tpte & ATTR_DESCR_MASK) ==
5375                                             L3_PAGE,
5376                                             ("Attempting to remove an invalid "
5377                                              "page: %lx", tpte));
5378                                         break;
5379                                 default:
5380                                         panic(
5381                                             "Invalid page directory level: %d",
5382                                             lvl);
5383                                 }
5384
5385 /*
5386  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5387  */
5388                                 if (tpte & ATTR_SW_WIRED) {
5389                                         allfree = 0;
5390                                         continue;
5391                                 }
5392
5393                                 /* Mark free */
5394                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5395
5396                                 /*
5397                                  * Because this pmap is not active on other
5398                                  * processors, the dirty bit cannot have
5399                                  * changed state since we last loaded pte.
5400                                  */
5401                                 pmap_clear(pte);
5402
5403                                 pa = tpte & ~ATTR_MASK;
5404
5405                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5406                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5407                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5408                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5409                                     (uintmax_t)tpte));
5410
5411                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5412                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5413                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
5414                                     (uintmax_t)tpte));
5415
5416                                 /*
5417                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5418                                  */
5419                                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5420                                         switch (lvl) {
5421                                         case 1:
5422                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5423                                                         vm_page_dirty(mt);
5424                                                 break;
5425                                         case 2:
5426                                                 vm_page_dirty(m);
5427                                                 break;
5428                                         }
5429                                 }
5430
5431                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5432
5433                                 switch (lvl) {
5434                                 case 1:
5435                                         pmap_resident_count_dec(pmap,
5436                                             L2_SIZE / PAGE_SIZE);
5437                                         pvh = page_to_pvh(m);
5438                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv,pv_next);
5439                                         pvh->pv_gen++;
5440                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5441                                                 for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
5442                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5443                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5444                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5445                                         }
5446                                         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap,
5447                                             pv->pv_va);
5448                                         if (ml3 != NULL) {
5449                                                 KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5450                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page not promoted"));
5451                                                 pmap_resident_count_dec(pmap,1);
5452                                                 KASSERT(ml3->ref_count == NL3PG,
5453                                                     ("pmap_remove_pages: l3 page ref count error"));
5454                                                 ml3->ref_count = 0;
5455                                                 pmap_add_delayed_free_list(ml3,
5456                                                     &free, FALSE);
5457                                         }
5458                                         break;
5459                                 case 2:
5460                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5461                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv,
5462                                             pv_next);
5463                                         m->md.pv_gen++;
5464                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5465                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5466                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5467                                                 pvh = page_to_pvh(m);
5468                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5469                                                         vm_page_aflag_clear(m,
5470                                                             PGA_WRITEABLE);
5471                                         }
5472                                         break;
5473                                 }
5474                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(pde),
5475                                     &free);
5476                                 freed++;
5477                         }
5478                 }
5479                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
5480                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
5481                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
5482                 if (allfree) {
5483                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5484                         free_pv_chunk(pc);
5485                 }
5486         }
5487         if (lock != NULL)
5488                 rw_wunlock(lock);
5489         pmap_invalidate_all(pmap);
5490         PMAP_UNLOCK(pmap);
5491         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5492 }
5493
5494 /*
5495  * This is used to check if a page has been accessed or modified.
5496  */
5497 static boolean_t
5498 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
5499 {
5500         struct rwlock *lock;
5501         pv_entry_t pv;
5502         struct md_page *pvh;
5503         pt_entry_t *pte, mask, value;
5504         pmap_t pmap;
5505         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5506         boolean_t rv;
5507
5508         rv = FALSE;
5509         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5510         rw_rlock(lock);
5511 restart:
5512         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5513                 pmap = PV_PMAP(pv);
5514                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5515                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5516                         md_gen = m->md.pv_gen;
5517                         rw_runlock(lock);
5518                         PMAP_LOCK(pmap);
5519                         rw_rlock(lock);
5520                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5521                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5522                                 goto restart;
5523                         }
5524                 }
5525                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5526                 KASSERT(lvl == 3,
5527                     ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5528                 mask = 0;
5529                 value = 0;
5530                 if (modified) {
5531                         mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5532                         value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5533                 }
5534                 if (accessed) {
5535                         mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5536                         value |= ATTR_AF | L3_PAGE;
5537                 }
5538                 rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5539                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5540                 if (rv)
5541                         goto out;
5542         }
5543         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5544                 pvh = page_to_pvh(m);
5545                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5546                         pmap = PV_PMAP(pv);
5547                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5548                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5549                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5550                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5551                                 rw_runlock(lock);
5552                                 PMAP_LOCK(pmap);
5553                                 rw_rlock(lock);
5554                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5555                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5556                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5557                                         goto restart;
5558                                 }
5559                         }
5560                         pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5561                         KASSERT(lvl == 2,
5562                             ("pmap_page_test_mappings: Invalid level %d", lvl));
5563                         mask = 0;
5564                         value = 0;
5565                         if (modified) {
5566                                 mask |= ATTR_S1_AP_RW_BIT;
5567                                 value |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW);
5568                         }
5569                         if (accessed) {
5570                                 mask |= ATTR_AF | ATTR_DESCR_MASK;
5571                                 value |= ATTR_AF | L2_BLOCK;
5572                         }
5573                         rv = (pmap_load(pte) & mask) == value;
5574                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5575                         if (rv)
5576                                 goto out;
5577                 }
5578         }
5579 out:
5580         rw_runlock(lock);
5581         return (rv);
5582 }
5583
5584 /*
5585  *      pmap_is_modified:
5586  *
5587  *      Return whether or not the specified physical page was modified
5588  *      in any physical maps.
5589  */
5590 boolean_t
5591 pmap_is_modified(vm_page_t m)
5592 {
5593
5594         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5595             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
5596
5597         /*
5598          * If the page is not busied then this check is racy.
5599          */
5600         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5601                 return (FALSE);
5602         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
5603 }
5604
5605 /*
5606  *      pmap_is_prefaultable:
5607  *
5608  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
5609  *      for prefault.
5610  */
5611 boolean_t
5612 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
5613 {
5614         pt_entry_t *pte;
5615         boolean_t rv;
5616         int lvl;
5617
5618         rv = FALSE;
5619         PMAP_LOCK(pmap);
5620         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
5621         if (pte != NULL && pmap_load(pte) != 0) {
5622                 rv = TRUE;
5623         }
5624         PMAP_UNLOCK(pmap);
5625         return (rv);
5626 }
5627
5628 /*
5629  *      pmap_is_referenced:
5630  *
5631  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
5632  *      in any physical maps.
5633  */
5634 boolean_t
5635 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
5636 {
5637
5638         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5639             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
5640         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
5641 }
5642
5643 /*
5644  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5645  */
5646 void
5647 pmap_remove_write(vm_page_t m)
5648 {
5649         struct md_page *pvh;
5650         pmap_t pmap;
5651         struct rwlock *lock;
5652         pv_entry_t next_pv, pv;
5653         pt_entry_t oldpte, *pte;
5654         vm_offset_t va;
5655         int lvl, md_gen, pvh_gen;
5656
5657         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5658             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5659         vm_page_assert_busied(m);
5660
5661         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5662                 return;
5663         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5664         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5665         rw_wlock(lock);
5666 retry:
5667         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5668                 pmap = PV_PMAP(pv);
5669                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5670                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5671                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5672                         rw_wunlock(lock);
5673                         PMAP_LOCK(pmap);
5674                         rw_wlock(lock);
5675                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5676                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5677                                 goto retry;
5678                         }
5679                 }
5680                 va = pv->pv_va;
5681                 pte = pmap_pte(pmap, va, &lvl);
5682                 if ((pmap_load(pte) & ATTR_SW_DBM) != 0)
5683                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, pte, va, &lock);
5684                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5685                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5686                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5687                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5688         }
5689         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5690                 pmap = PV_PMAP(pv);
5691                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5692                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5693                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5694                         md_gen = m->md.pv_gen;
5695                         rw_wunlock(lock);
5696                         PMAP_LOCK(pmap);
5697                         rw_wlock(lock);
5698                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5699                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5700                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5701                                 goto retry;
5702                         }
5703                 }
5704                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5705                 oldpte = pmap_load(pte);
5706                 if ((oldpte & ATTR_SW_DBM) != 0) {
5707                         while (!atomic_fcmpset_64(pte, &oldpte,
5708                             (oldpte | ATTR_S1_AP_RW_BIT) & ~ATTR_SW_DBM))
5709                                 cpu_spinwait();
5710                         if ((oldpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
5711                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW))
5712                                 vm_page_dirty(m);
5713                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5714                 }
5715                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5716         }
5717         rw_wunlock(lock);
5718         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5719 }
5720
5721 /*
5722  *      pmap_ts_referenced:
5723  *
5724  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5725  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5726  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5727  *      reference bits set.
5728  *
5729  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5730  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5731  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5732  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5733  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5734  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5735  *      to pmap_is_modified().
5736  */
5737 int
5738 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5739 {
5740         struct md_page *pvh;
5741         pv_entry_t pv, pvf;
5742         pmap_t pmap;
5743         struct rwlock *lock;
5744         pd_entry_t *pde, tpde;
5745         pt_entry_t *pte, tpte;
5746         vm_offset_t va;
5747         vm_paddr_t pa;
5748         int cleared, lvl, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5749         struct spglist free;
5750
5751         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5752             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5753         SLIST_INIT(&free);
5754         cleared = 0;
5755         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5756         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5757         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
5758         rw_wlock(lock);
5759 retry:
5760         not_cleared = 0;
5761         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5762                 goto small_mappings;
5763         pv = pvf;
5764         do {
5765                 if (pvf == NULL)
5766                         pvf = pv;
5767                 pmap = PV_PMAP(pv);
5768                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5769                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5770                         rw_wunlock(lock);
5771                         PMAP_LOCK(pmap);
5772                         rw_wlock(lock);
5773                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5774                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5775                                 goto retry;
5776                         }
5777                 }
5778                 va = pv->pv_va;
5779                 pde = pmap_pde(pmap, va, &lvl);
5780                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l1 table found"));
5781                 KASSERT(lvl == 1,
5782                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5783                 tpde = pmap_load(pde);
5784                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L1_TABLE,
5785                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l1 table"));
5786                 pte = pmap_l1_to_l2(pde, va);
5787                 tpte = pmap_load(pte);
5788                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) {
5789                         /*
5790                          * Although "tpte" is mapping a 2MB page, because
5791                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5792                          * we only update the 4KB page under test.
5793                          */
5794                         vm_page_dirty(m);
5795                 }
5796
5797                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5798                         /*
5799                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB pages,
5800                          * it should not be cleared every time it is tested.
5801                          * Apply a simple "hash" function on the physical page
5802                          * number, the virtual superpage number, and the pmap
5803                          * address to select one 4KB page out of the 512 on
5804                          * which testing the reference bit will result in
5805                          * clearing that reference bit.  This function is
5806                          * designed to avoid the selection of the same 4KB page
5807                          * for every 2MB page mapping.
5808                          *
5809                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5810                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5811                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5812                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5813                          * since the superpage is wired, the current state of
5814                          * its reference bit won't affect page replacement.
5815                          */
5816                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (va >> L2_SHIFT) ^
5817                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
5818                             (tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5819                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5820                                 pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
5821                                 cleared++;
5822                         } else
5823                                 not_cleared++;
5824                 }
5825                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5826                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5827                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5828                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5829                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5830                         pvh->pv_gen++;
5831                 }
5832                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5833                         goto out;
5834         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5835 small_mappings:
5836         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5837                 goto out;
5838         pv = pvf;
5839         do {
5840                 if (pvf == NULL)
5841                         pvf = pv;
5842                 pmap = PV_PMAP(pv);
5843                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5844                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5845                         md_gen = m->md.pv_gen;
5846                         rw_wunlock(lock);
5847                         PMAP_LOCK(pmap);
5848                         rw_wlock(lock);
5849                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5850                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5851                                 goto retry;
5852                         }
5853                 }
5854                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va, &lvl);
5855                 KASSERT(pde != NULL, ("pmap_ts_referenced: no l2 table found"));
5856                 KASSERT(lvl == 2,
5857                     ("pmap_ts_referenced: invalid pde level %d", lvl));
5858                 tpde = pmap_load(pde);
5859                 KASSERT((tpde & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5860                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
5861                 pte = pmap_l2_to_l3(pde, pv->pv_va);
5862                 tpte = pmap_load(pte);
5863                 if (pmap_pte_dirty(pmap, tpte))
5864                         vm_page_dirty(m);
5865                 if ((tpte & ATTR_AF) != 0) {
5866                         if ((tpte & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5867                                 pmap_clear_bits(pte, ATTR_AF);
5868                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
5869                                 cleared++;
5870                         } else
5871                                 not_cleared++;
5872                 }
5873                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5874                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5875                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5876                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5877                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5878                         m->md.pv_gen++;
5879                 }
5880         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5881             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5882 out:
5883         rw_wunlock(lock);
5884         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5885         return (cleared + not_cleared);
5886 }
5887
5888 /*
5889  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5890  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5891  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5892  */
5893 void
5894 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5895 {
5896         struct rwlock *lock;
5897         vm_offset_t va, va_next;
5898         vm_page_t m;
5899         pd_entry_t *l0, *l1, *l2, oldl2;
5900         pt_entry_t *l3, oldl3;
5901
5902         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
5903
5904         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5905                 return;
5906
5907         PMAP_LOCK(pmap);
5908         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5909                 l0 = pmap_l0(pmap, sva);
5910                 if (pmap_load(l0) == 0) {
5911                         va_next = (sva + L0_SIZE) & ~L0_OFFSET;
5912                         if (va_next < sva)
5913                                 va_next = eva;
5914                         continue;
5915                 }
5916
5917                 va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
5918                 if (va_next < sva)
5919                         va_next = eva;
5920                 l1 = pmap_l0_to_l1(l0, sva);
5921                 if (pmap_load(l1) == 0)
5922                         continue;
5923                 if ((pmap_load(l1) & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK)
5924                         continue;
5925
5926                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
5927                 if (va_next < sva)
5928                         va_next = eva;
5929                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
5930                 oldl2 = pmap_load(l2);
5931                 if (oldl2 == 0)
5932                         continue;
5933                 if ((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
5934                         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) == 0)
5935                                 continue;
5936                         lock = NULL;
5937                         if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva, &lock)) {
5938                                 if (lock != NULL)
5939                                         rw_wunlock(lock);
5940
5941                                 /*
5942                                  * The 2MB page mapping was destroyed.
5943                                  */
5944                                 continue;
5945                         }
5946
5947                         /*
5948                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5949                          * mapping to a single page so that a subsequent
5950                          * access may repromote.  Choosing the last page
5951                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
5952                          * generally results in more repromotions.  Since the
5953                          * underlying page table page is fully populated, this
5954                          * removal never frees a page table page.
5955                          */
5956                         if ((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
5957                                 va = eva;
5958                                 if (va > va_next)
5959                                         va = va_next;
5960                                 va -= PAGE_SIZE;
5961                                 KASSERT(va >= sva,
5962                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5963                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
5964                                 KASSERT(pmap_load(l3) != 0,
5965                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5966                                 pmap_remove_l3(pmap, l3, va, pmap_load(l2),
5967                                     NULL, &lock);
5968                         }
5969                         if (lock != NULL)
5970                                 rw_wunlock(lock);
5971                 }
5972                 KASSERT((pmap_load(l2) & ATTR_DESCR_MASK) == L2_TABLE,
5973                     ("pmap_advise: invalid L2 entry after demotion"));
5974                 if (va_next > eva)
5975                         va_next = eva;
5976                 va = va_next;
5977                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
5978                     sva += L3_SIZE) {
5979                         oldl3 = pmap_load(l3);
5980                         if ((oldl3 & (ATTR_SW_MANAGED | ATTR_DESCR_MASK)) !=
5981                             (ATTR_SW_MANAGED | L3_PAGE))
5982                                 goto maybe_invlrng;
5983                         else if (pmap_pte_dirty(pmap, oldl3)) {
5984                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5985                                         /*
5986                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5987                                          * can be avoided by making the page
5988                                          * dirty now.
5989                                          */
5990                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldl3 & ~ATTR_MASK);
5991                                         vm_page_dirty(m);
5992                                 }
5993                                 while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
5994                                     (oldl3 & ~ATTR_AF) |
5995                                     ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
5996                                         cpu_spinwait();
5997                         } else if ((oldl3 & ATTR_AF) != 0)
5998                                 pmap_clear_bits(l3, ATTR_AF);
5999                         else
6000                                 goto maybe_invlrng;
6001                         if (va == va_next)
6002                                 va = sva;
6003                         continue;
6004 maybe_invlrng:
6005                         if (va != va_next) {
6006                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6007                                 va = va_next;
6008                         }
6009                 }
6010                 if (va != va_next)
6011                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva, true);
6012         }
6013         PMAP_UNLOCK(pmap);
6014 }
6015
6016 /*
6017  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6018  */
6019 void
6020 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6021 {
6022         struct md_page *pvh;
6023         struct rwlock *lock;
6024         pmap_t pmap;
6025         pv_entry_t next_pv, pv;
6026         pd_entry_t *l2, oldl2;
6027         pt_entry_t *l3, oldl3;
6028         vm_offset_t va;
6029         int md_gen, pvh_gen;
6030
6031         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6032             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6033         vm_page_assert_busied(m);
6034
6035         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
6036                 return;
6037         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : page_to_pvh(m);
6038         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6039         rw_wlock(lock);
6040 restart:
6041         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6042                 pmap = PV_PMAP(pv);
6043                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6044                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6045                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6046                         rw_wunlock(lock);
6047                         PMAP_LOCK(pmap);
6048                         rw_wlock(lock);
6049                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6050                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6051                                 goto restart;
6052                         }
6053                 }
6054                 va = pv->pv_va;
6055                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
6056                 oldl2 = pmap_load(l2);
6057                 /* If oldl2 has ATTR_SW_DBM set, then it is also dirty. */
6058                 if ((oldl2 & ATTR_SW_DBM) != 0 &&
6059                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
6060                     (oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0) {
6061                         /*
6062                          * Write protect the mapping to a single page so that
6063                          * a subsequent write access may repromote.
6064                          */
6065                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldl2 & ~ATTR_MASK);
6066                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
6067                         oldl3 = pmap_load(l3);
6068                         while (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3,
6069                             (oldl3 & ~ATTR_SW_DBM) | ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)))
6070                                 cpu_spinwait();
6071                         vm_page_dirty(m);
6072                         pmap_invalidate_page(pmap, va, true);
6073                 }
6074                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6075         }
6076         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6077                 pmap = PV_PMAP(pv);
6078                 PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6079                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6080                         md_gen = m->md.pv_gen;
6081                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6082                         rw_wunlock(lock);
6083                         PMAP_LOCK(pmap);
6084                         rw_wlock(lock);
6085                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6086                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6087                                 goto restart;
6088                         }
6089                 }
6090                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
6091                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
6092                 oldl3 = pmap_load(l3);
6093                 if ((oldl3 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) == ATTR_SW_DBM){
6094                         pmap_set_bits(l3, ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO));
6095                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va, true);
6096                 }
6097                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6098         }
6099         rw_wunlock(lock);
6100 }
6101
6102 void *
6103 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6104 {
6105         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6106         vm_offset_t va, offset;
6107         pd_entry_t *pde;
6108         pt_entry_t *l2;
6109         int i, lvl, l2_blocks, free_l2_count, start_idx;
6110
6111         if (!vm_initialized) {
6112                 /*
6113                  * No L3 ptables so map entire L2 blocks where start VA is:
6114                  *      preinit_map_va + start_idx * L2_SIZE
6115                  * There may be duplicate mappings (multiple VA -> same PA) but
6116                  * ARM64 dcache is always PIPT so that's acceptable.
6117                  */
6118                  if (size == 0)
6119                          return (NULL);
6120
6121                  /* Calculate how many L2 blocks are needed for the mapping */
6122                 l2_blocks = (roundup2(pa + size, L2_SIZE) -
6123                     rounddown2(pa, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6124
6125                 offset = pa & L2_OFFSET;
6126
6127                 if (preinit_map_va == 0)
6128                         return (NULL);
6129
6130                 /* Map 2MiB L2 blocks from reserved VA space */
6131
6132                 free_l2_count = 0;
6133                 start_idx = -1;
6134                 /* Find enough free contiguous VA space */
6135                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6136                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6137                         if (free_l2_count > 0 && ppim->pa != 0) {
6138                                 /* Not enough space here */
6139                                 free_l2_count = 0;
6140                                 start_idx = -1;
6141                                 continue;
6142                         }
6143
6144                         if (ppim->pa == 0) {
6145                                 /* Free L2 block */
6146                                 if (start_idx == -1)
6147                                         start_idx = i;
6148                                 free_l2_count++;
6149                                 if (free_l2_count == l2_blocks)
6150                                         break;
6151                         }
6152                 }
6153                 if (free_l2_count != l2_blocks)
6154                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6155
6156                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6157                 for (i = start_idx; i < start_idx + l2_blocks; i++) {
6158                         /* Mark entries as allocated */
6159                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6160                         ppim->pa = pa;
6161                         ppim->va = va + offset;
6162                         ppim->size = size;
6163                 }
6164
6165                 /* Map L2 blocks */
6166                 pa = rounddown2(pa, L2_SIZE);
6167                 for (i = 0; i < l2_blocks; i++) {
6168                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6169                         KASSERT(pde != NULL,
6170                             ("pmap_mapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6171                             va));
6172                         KASSERT(lvl == 1,
6173                             ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6174
6175                         /* Insert L2_BLOCK */
6176                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va);
6177                         pmap_load_store(l2,
6178                             pa | ATTR_DEFAULT | ATTR_S1_XN |
6179                             ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK) | L2_BLOCK);
6180
6181                         va += L2_SIZE;
6182                         pa += L2_SIZE;
6183                 }
6184                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
6185
6186                 va = preinit_map_va + (start_idx * L2_SIZE);
6187
6188         } else {
6189                 /* kva_alloc may be used to map the pages */
6190                 offset = pa & PAGE_MASK;
6191                 size = round_page(offset + size);
6192
6193                 va = kva_alloc(size);
6194                 if (va == 0)
6195                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6196
6197                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6198                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_mapbios: Invalid level %d", lvl));
6199
6200                 /* L3 table is linked */
6201                 va = trunc_page(va);
6202                 pa = trunc_page(pa);
6203                 pmap_kenter(va, size, pa, memory_mapping_mode(pa));
6204         }
6205
6206         return ((void *)(va + offset));
6207 }
6208
6209 void
6210 pmap_unmapbios(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6211 {
6212         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6213         vm_offset_t offset, tmpsize, va_trunc;
6214         pd_entry_t *pde;
6215         pt_entry_t *l2;
6216         int i, lvl, l2_blocks, block;
6217         bool preinit_map;
6218
6219         l2_blocks =
6220            (roundup2(va + size, L2_SIZE) - rounddown2(va, L2_SIZE)) >> L2_SHIFT;
6221         KASSERT(l2_blocks > 0, ("pmap_unmapbios: invalid size %lx", size));
6222
6223         /* Remove preinit mapping */
6224         preinit_map = false;
6225         block = 0;
6226         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6227                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6228                 if (ppim->va == va) {
6229                         KASSERT(ppim->size == size,
6230                             ("pmap_unmapbios: size mismatch"));
6231                         ppim->va = 0;
6232                         ppim->pa = 0;
6233                         ppim->size = 0;
6234                         preinit_map = true;
6235                         offset = block * L2_SIZE;
6236                         va_trunc = rounddown2(va, L2_SIZE) + offset;
6237
6238                         /* Remove L2_BLOCK */
6239                         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va_trunc, &lvl);
6240                         KASSERT(pde != NULL,
6241                             ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx",
6242                             va_trunc));
6243                         l2 = pmap_l1_to_l2(pde, va_trunc);
6244                         pmap_clear(l2);
6245
6246                         if (block == (l2_blocks - 1))
6247                                 break;
6248                         block++;
6249                 }
6250         }
6251         if (preinit_map) {
6252                 pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
6253                 return;
6254         }
6255
6256         /* Unmap the pages reserved with kva_alloc. */
6257         if (vm_initialized) {
6258                 offset = va & PAGE_MASK;
6259                 size = round_page(offset + size);
6260                 va = trunc_page(va);
6261
6262                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, va, &lvl);
6263                 KASSERT(pde != NULL,
6264                     ("pmap_unmapbios: Invalid page entry, va: 0x%lx", va));
6265                 KASSERT(lvl == 2, ("pmap_unmapbios: Invalid level %d", lvl));
6266
6267                 /* Unmap and invalidate the pages */
6268                 for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6269                         pmap_kremove(va + tmpsize);
6270
6271                 kva_free(va, size);
6272         }
6273 }
6274
6275 /*
6276  * Sets the memory attribute for the specified page.
6277  */
6278 void
6279 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6280 {
6281
6282         m->md.pv_memattr = ma;
6283
6284         /*
6285          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6286          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6287          * required for data coherence.
6288          */
6289         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6290             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6291             m->md.pv_memattr) != 0)
6292                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6293 }
6294
6295 /*
6296  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6297  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6298  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6299  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6300  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6301  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6302  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6303  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6304  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6305  * same physical page have different memory types.
6306  *
6307  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6308  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6309  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6310  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6311  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6312  * virtual address range or the direct map.
6313  */
6314 int
6315 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6316 {
6317         int error;
6318
6319         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6320         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode, false);
6321         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6322         return (error);
6323 }
6324
6325 /*
6326  * Changes the specified virtual address range's protections to those
6327  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
6328  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
6329  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
6330  * map are never executable.
6331  */
6332 int
6333 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
6334 {
6335         int error;
6336
6337         /* Only supported within the kernel map. */
6338         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
6339                 return (EINVAL);
6340
6341         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6342         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1, false);
6343         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6344         return (error);
6345 }
6346
6347 static int
6348 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
6349     int mode, bool skip_unmapped)
6350 {
6351         vm_offset_t base, offset, tmpva;
6352         vm_size_t pte_size;
6353         vm_paddr_t pa;
6354         pt_entry_t pte, *ptep, *newpte;
6355         pt_entry_t bits, mask;
6356         int lvl, rv;
6357
6358         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
6359         base = trunc_page(va);
6360         offset = va & PAGE_MASK;
6361         size = round_page(offset + size);
6362
6363         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
6364             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
6365                 return (EINVAL);
6366
6367         bits = 0;
6368         mask = 0;
6369         if (mode != -1) {
6370                 bits = ATTR_S1_IDX(mode);
6371                 mask = ATTR_S1_IDX_MASK;
6372                 if (mode == VM_MEMATTR_DEVICE) {
6373                         mask |= ATTR_S1_XN;
6374                         bits |= ATTR_S1_XN;
6375                 }
6376         }
6377         if (prot != VM_PROT_NONE) {
6378                 /* Don't mark the DMAP as executable. It never is on arm64. */
6379                 if (VIRT_IN_DMAP(base)) {
6380                         prot &= ~VM_PROT_EXECUTE;
6381                         /*
6382                          * XXX Mark the DMAP as writable for now. We rely
6383                          * on this in ddb & dtrace to insert breakpoint
6384                          * instructions.
6385                          */
6386                         prot |= VM_PROT_WRITE;
6387                 }
6388
6389                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6390                         bits |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
6391                 }
6392                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0) {
6393                         bits |= ATTR_S1_PXN;
6394                 }
6395                 bits |= ATTR_S1_UXN;
6396                 mask |= ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN;
6397         }
6398
6399         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
6400                 ptep = pmap_pte(kernel_pmap, tmpva, &lvl);
6401                 if (ptep == NULL && !skip_unmapped) {
6402                         return (EINVAL);
6403                 } else if ((ptep == NULL && skip_unmapped) ||
6404                     (pmap_load(ptep) & mask) == bits) {
6405                         /*
6406                          * We already have the correct attribute or there
6407                          * is no memory mapped at this address and we are
6408                          * skipping unmapped memory.
6409                          */
6410                         switch (lvl) {
6411                         default:
6412                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6413                         case 1:
6414                                 tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
6415                                 break;
6416                         case 2:
6417                                 tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
6418                                 break;
6419                         case 3:
6420                                 tmpva += PAGE_SIZE;
6421                                 break;
6422                         }
6423                 } else {
6424                         /* We can't demote/promote this entry */
6425                         MPASS((pmap_load(ptep) & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0);
6426
6427                         /*
6428                          * Split the entry to an level 3 table, then
6429                          * set the new attribute.
6430                          */
6431                         switch (lvl) {
6432                         default:
6433                                 panic("Invalid DMAP table level: %d\n", lvl);
6434                         case 1:
6435                                 if ((tmpva & L1_OFFSET) == 0 &&
6436                                     (base + size - tmpva) >= L1_SIZE) {
6437                                         pte_size = L1_SIZE;
6438                                         break;
6439                                 }
6440                                 newpte = pmap_demote_l1(kernel_pmap, ptep,
6441                                     tmpva & ~L1_OFFSET);
6442                                 if (newpte == NULL)
6443                                         return (EINVAL);
6444                                 ptep = pmap_l1_to_l2(ptep, tmpva);
6445                                 /* FALLTHROUGH */
6446                         case 2:
6447                                 if ((tmpva & L2_OFFSET) == 0 &&
6448                                     (base + size - tmpva) >= L2_SIZE) {
6449                                         pte_size = L2_SIZE;
6450                                         break;
6451                                 }
6452                                 newpte = pmap_demote_l2(kernel_pmap, ptep,
6453                                     tmpva);
6454                                 if (newpte == NULL)
6455                                         return (EINVAL);
6456                                 ptep = pmap_l2_to_l3(ptep, tmpva);
6457                                 /* FALLTHROUGH */
6458                         case 3:
6459                                 pte_size = PAGE_SIZE;
6460                                 break;
6461                         }
6462
6463                         /* Update the entry */
6464                         pte = pmap_load(ptep);
6465                         pte &= ~mask;
6466                         pte |= bits;
6467
6468                         pmap_update_entry(kernel_pmap, ptep, pte, tmpva,
6469                             pte_size);
6470
6471                         pa = pte & ~ATTR_MASK;
6472                         if (!VIRT_IN_DMAP(tmpva) && PHYS_IN_DMAP(pa)) {
6473                                 /*
6474                                  * Keep the DMAP memory in sync.
6475                                  */
6476                                 rv = pmap_change_props_locked(
6477                                     PHYS_TO_DMAP(pa), pte_size,
6478                                     prot, mode, true);
6479                                 if (rv != 0)
6480                                         return (rv);
6481                         }
6482
6483                         /*
6484                          * If moving to a non-cacheable entry flush
6485                          * the cache.
6486                          */
6487                         if (mode == VM_MEMATTR_UNCACHEABLE)
6488                                 cpu_dcache_wbinv_range(tmpva, pte_size);
6489                         tmpva += pte_size;
6490                 }
6491         }
6492
6493         return (0);
6494 }
6495
6496 /*
6497  * Create an L2 table to map all addresses within an L1 mapping.
6498  */
6499 static pt_entry_t *
6500 pmap_demote_l1(pmap_t pmap, pt_entry_t *l1, vm_offset_t va)
6501 {
6502         pt_entry_t *l2, newl2, oldl1;
6503         vm_offset_t tmpl1;
6504         vm_paddr_t l2phys, phys;
6505         vm_page_t ml2;
6506         int i;
6507
6508         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6509         oldl1 = pmap_load(l1);
6510         KASSERT((oldl1 & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK,
6511             ("pmap_demote_l1: Demoting a non-block entry"));
6512         KASSERT((va & L1_OFFSET) == 0,
6513             ("pmap_demote_l1: Invalid virtual address %#lx", va));
6514         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_MANAGED) == 0,
6515             ("pmap_demote_l1: Level 1 table shouldn't be managed"));
6516         KASSERT((oldl1 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6517             ("pmap_demote_l1: Demoting entry with no-demote flag set"));
6518
6519         tmpl1 = 0;
6520         if (va <= (vm_offset_t)l1 && va + L1_SIZE > (vm_offset_t)l1) {
6521                 tmpl1 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6522                 if (tmpl1 == 0)
6523                         return (NULL);
6524         }
6525
6526         if ((ml2 = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED)) ==
6527             NULL) {
6528                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l1: failure for va %#lx"
6529                     " in pmap %p", va, pmap);
6530                 l2 = NULL;
6531                 goto fail;
6532         }
6533
6534         l2phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml2);
6535         l2 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l2phys);
6536
6537         /* Address the range points at */
6538         phys = oldl1 & ~ATTR_MASK;
6539         /* The attributed from the old l1 table to be copied */
6540         newl2 = oldl1 & ATTR_MASK;
6541
6542         /* Create the new entries */
6543         for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++) {
6544                 l2[i] = newl2 | phys;
6545                 phys += L2_SIZE;
6546         }
6547         KASSERT(l2[0] == ((oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK),
6548             ("Invalid l2 page (%lx != %lx)", l2[0],
6549             (oldl1 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L2_BLOCK));
6550
6551         if (tmpl1 != 0) {
6552                 pmap_kenter(tmpl1, PAGE_SIZE,
6553                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l1) & ~L3_OFFSET,
6554                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6555                 l1 = (pt_entry_t *)(tmpl1 + ((vm_offset_t)l1 & PAGE_MASK));
6556         }
6557
6558         pmap_update_entry(pmap, l1, l2phys | L1_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6559
6560 fail:
6561         if (tmpl1 != 0) {
6562                 pmap_kremove(tmpl1);
6563                 kva_free(tmpl1, PAGE_SIZE);
6564         }
6565
6566         return (l2);
6567 }
6568
6569 static void
6570 pmap_fill_l3(pt_entry_t *firstl3, pt_entry_t newl3)
6571 {
6572         pt_entry_t *l3;
6573
6574         for (l3 = firstl3; l3 - firstl3 < Ln_ENTRIES; l3++) {
6575                 *l3 = newl3;
6576                 newl3 += L3_SIZE;
6577         }
6578 }
6579
6580 static void
6581 pmap_demote_l2_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *l2,
6582     struct rwlock **lockp)
6583 {
6584         struct spglist free;
6585
6586         SLIST_INIT(&free);
6587         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va, pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free,
6588             lockp);
6589         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6590 }
6591
6592 /*
6593  * Create an L3 table to map all addresses within an L2 mapping.
6594  */
6595 static pt_entry_t *
6596 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va,
6597     struct rwlock **lockp)
6598 {
6599         pt_entry_t *l3, newl3, oldl2;
6600         vm_offset_t tmpl2;
6601         vm_paddr_t l3phys;
6602         vm_page_t ml3;
6603
6604         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6605         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6606         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
6607             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
6608
6609         l3 = NULL;
6610         oldl2 = pmap_load(l2);
6611         KASSERT((oldl2 & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK,
6612             ("pmap_demote_l2: Demoting a non-block entry"));
6613         KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_NO_PROMOTE) == 0,
6614             ("pmap_demote_l2: Demoting entry with no-demote flag set"));
6615         va &= ~L2_OFFSET;
6616
6617         tmpl2 = 0;
6618         if (va <= (vm_offset_t)l2 && va + L2_SIZE > (vm_offset_t)l2) {
6619                 tmpl2 = kva_alloc(PAGE_SIZE);
6620                 if (tmpl2 == 0)
6621                         return (NULL);
6622         }
6623
6624         /*
6625          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
6626          * mapping was never accessed.
6627          */
6628         if ((oldl2 & ATTR_AF) == 0) {
6629                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6630                     ("pmap_demote_l2: a wired mapping is missing ATTR_AF"));
6631                 pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6632                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
6633                     va, pmap);
6634                 goto fail;
6635         }
6636
6637         if ((ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) == NULL) {
6638                 KASSERT((oldl2 & ATTR_SW_WIRED) == 0,
6639                     ("pmap_demote_l2: page table page for a wired mapping"
6640                     " is missing"));
6641
6642                 /*
6643                  * If the page table page is missing and the mapping
6644                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
6645                  * either the direct map or the early kernel memory.
6646                  * Page table pages are preallocated for every other
6647                  * part of the kernel address space, so the direct map
6648                  * region and early kernel memory are the only parts of the
6649                  * kernel address space that must be handled here.
6650                  */
6651                 KASSERT(!ADDR_IS_KERNEL(va) || VIRT_IN_DMAP(va) ||
6652                     (va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va < kernel_vm_end),
6653                     ("pmap_demote_l2: No saved mpte for va %#lx", va));
6654
6655                 /*
6656                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
6657                  * region of the kernel's address space, then the page
6658                  * allocation request specifies the highest possible
6659                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
6660                  * priority is normal.
6661                  */
6662                 ml3 = vm_page_alloc_noobj(
6663                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
6664                     VM_ALLOC_WIRED);
6665
6666                 /*
6667                  * If the allocation of the new page table page fails,
6668                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
6669                  */
6670                 if (ml3 == NULL) {
6671                         pmap_demote_l2_abort(pmap, va, l2, lockp);
6672                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: failure for va %#lx"
6673                             " in pmap %p", va, pmap);
6674                         goto fail;
6675                 }
6676                 ml3->pindex = pmap_l2_pindex(va);
6677
6678                 if (!ADDR_IS_KERNEL(va)) {
6679                         ml3->ref_count = NL3PG;
6680                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6681                 }
6682         }
6683         l3phys = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
6684         l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l3phys);
6685         newl3 = (oldl2 & ~ATTR_DESCR_MASK) | L3_PAGE;
6686         KASSERT((oldl2 & (ATTR_S1_AP_RW_BIT | ATTR_SW_DBM)) !=
6687             (ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO) | ATTR_SW_DBM),
6688             ("pmap_demote_l2: L2 entry is writeable but not dirty"));
6689
6690         /*
6691          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
6692          * or the mapping attributes have changed, (re)initialize the L3 table.
6693          *
6694          * When pmap_update_entry() clears the old L2 mapping, it (indirectly)
6695          * performs a dsb().  That dsb() ensures that the stores for filling
6696          * "l3" are visible before "l3" is added to the page table.
6697          */
6698         if (ml3->valid == 0 || (l3[0] & ATTR_MASK) != (newl3 & ATTR_MASK))
6699                 pmap_fill_l3(l3, newl3);
6700
6701         /*
6702          * Map the temporary page so we don't lose access to the l2 table.
6703          */
6704         if (tmpl2 != 0) {
6705                 pmap_kenter(tmpl2, PAGE_SIZE,
6706                     DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)l2) & ~L3_OFFSET,
6707                     VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
6708                 l2 = (pt_entry_t *)(tmpl2 + ((vm_offset_t)l2 & PAGE_MASK));
6709         }
6710
6711         /*
6712          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
6713          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
6714          * of the L2 and the PV lists will be inconsistent, which can result
6715          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
6716          * wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the expected
6717          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
6718          */
6719         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6720                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
6721
6722         /*
6723          * Pass PAGE_SIZE so that a single TLB invalidation is performed on
6724          * the 2MB page mapping.
6725          */
6726         pmap_update_entry(pmap, l2, l3phys | L2_TABLE, va, PAGE_SIZE);
6727
6728         /*
6729          * Demote the PV entry.
6730          */
6731         if ((oldl2 & ATTR_SW_MANAGED) != 0)
6732                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, oldl2 & ~ATTR_MASK, lockp);
6733
6734         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
6735         CTR3(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2: success for va %#lx"
6736             " in pmap %p %lx", va, pmap, l3[0]);
6737
6738 fail:
6739         if (tmpl2 != 0) {
6740                 pmap_kremove(tmpl2);
6741                 kva_free(tmpl2, PAGE_SIZE);
6742         }
6743
6744         return (l3);
6745
6746 }
6747
6748 static pt_entry_t *
6749 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
6750 {
6751         struct rwlock *lock;
6752         pt_entry_t *l3;
6753
6754         lock = NULL;
6755         l3 = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
6756         if (lock != NULL)
6757                 rw_wunlock(lock);
6758         return (l3);
6759 }
6760
6761 /*
6762  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
6763  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
6764  * find other mappings.
6765  */
6766 int
6767 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
6768 {
6769         pt_entry_t *pte, tpte;
6770         vm_paddr_t mask, pa;
6771         int lvl, val;
6772         bool managed;
6773
6774         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6775         PMAP_LOCK(pmap);
6776         pte = pmap_pte(pmap, addr, &lvl);
6777         if (pte != NULL) {
6778                 tpte = pmap_load(pte);
6779
6780                 switch (lvl) {
6781                 case 3:
6782                         mask = L3_OFFSET;
6783                         break;
6784                 case 2:
6785                         mask = L2_OFFSET;
6786                         break;
6787                 case 1:
6788                         mask = L1_OFFSET;
6789                         break;
6790                 default:
6791                         panic("pmap_mincore: invalid level %d", lvl);
6792                 }
6793
6794                 managed = (tpte & ATTR_SW_MANAGED) != 0;
6795                 val = MINCORE_INCORE;
6796                 if (lvl != 3)
6797                         val |= MINCORE_PSIND(3 - lvl);
6798                 if ((managed && pmap_pte_dirty(pmap, tpte)) || (!managed &&
6799                     (tpte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RW)))
6800                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
6801                 if ((tpte & ATTR_AF) == ATTR_AF)
6802                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
6803
6804                 pa = (tpte & ~ATTR_MASK) | (addr & mask);
6805         } else {
6806                 managed = false;
6807                 val = 0;
6808         }
6809
6810         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
6811             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
6812                 *pap = pa;
6813         }
6814         PMAP_UNLOCK(pmap);
6815         return (val);
6816 }
6817
6818 /*
6819  * Garbage collect every ASID that is neither active on a processor nor
6820  * reserved.
6821  */
6822 static void
6823 pmap_reset_asid_set(pmap_t pmap)
6824 {
6825         pmap_t curpmap;
6826         int asid, cpuid, epoch;
6827         struct asid_set *set;
6828         enum pmap_stage stage;
6829
6830         set = pmap->pm_asid_set;
6831         stage = pmap->pm_stage;
6832
6833         set = pmap->pm_asid_set;
6834         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6835         mtx_assert(&set->asid_set_mutex, MA_OWNED);
6836
6837         /*
6838          * Ensure that the store to asid_epoch is globally visible before the
6839          * loads from pc_curpmap are performed.
6840          */
6841         epoch = set->asid_epoch + 1;
6842         if (epoch == INT_MAX)
6843                 epoch = 0;
6844         set->asid_epoch = epoch;
6845         dsb(ishst);
6846         if (stage == PM_STAGE1) {
6847                 __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6848         } else {
6849                 KASSERT(pmap_clean_stage2_tlbi != NULL,
6850                     ("%s: Unset stage 2 tlb invalidation callback\n",
6851                     __func__));
6852                 pmap_clean_stage2_tlbi();
6853         }
6854         dsb(ish);
6855         bit_nclear(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6856             set->asid_set_size - 1);
6857         CPU_FOREACH(cpuid) {
6858                 if (cpuid == curcpu)
6859                         continue;
6860                 if (stage == PM_STAGE1) {
6861                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curpmap;
6862                         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
6863                 } else {
6864                         curpmap = pcpu_find(cpuid)->pc_curvmpmap;
6865                         if (curpmap == NULL)
6866                                 continue;
6867                         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
6868                 }
6869                 KASSERT(curpmap->pm_asid_set == set, ("Incorrect set"));
6870                 asid = COOKIE_TO_ASID(curpmap->pm_cookie);
6871                 if (asid == -1)
6872                         continue;
6873                 bit_set(set->asid_set, asid);
6874                 curpmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(asid, epoch);
6875         }
6876 }
6877
6878 /*
6879  * Allocate a new ASID for the specified pmap.
6880  */
6881 static void
6882 pmap_alloc_asid(pmap_t pmap)
6883 {
6884         struct asid_set *set;
6885         int new_asid;
6886
6887         set = pmap->pm_asid_set;
6888         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
6889
6890         mtx_lock_spin(&set->asid_set_mutex);
6891
6892         /*
6893          * While this processor was waiting to acquire the asid set mutex,
6894          * pmap_reset_asid_set() running on another processor might have
6895          * updated this pmap's cookie to the current epoch.  In which case, we
6896          * don't need to allocate a new ASID.
6897          */
6898         if (COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie) == set->asid_epoch)
6899                 goto out;
6900
6901         bit_ffc_at(set->asid_set, set->asid_next, set->asid_set_size,
6902             &new_asid);
6903         if (new_asid == -1) {
6904                 bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6905                     set->asid_next, &new_asid);
6906                 if (new_asid == -1) {
6907                         pmap_reset_asid_set(pmap);
6908                         bit_ffc_at(set->asid_set, ASID_FIRST_AVAILABLE,
6909                             set->asid_set_size, &new_asid);
6910                         KASSERT(new_asid != -1, ("ASID allocation failure"));
6911                 }
6912         }
6913         bit_set(set->asid_set, new_asid);
6914         set->asid_next = new_asid + 1;
6915         pmap->pm_cookie = COOKIE_FROM(new_asid, set->asid_epoch);
6916 out:
6917         mtx_unlock_spin(&set->asid_set_mutex);
6918 }
6919
6920 static uint64_t __read_mostly ttbr_flags;
6921
6922 /*
6923  * Compute the value that should be stored in ttbr0 to activate the specified
6924  * pmap.  This value may change from time to time.
6925  */
6926 uint64_t
6927 pmap_to_ttbr0(pmap_t pmap)
6928 {
6929         uint64_t ttbr;
6930
6931         ttbr = pmap->pm_ttbr;
6932         ttbr |= ASID_TO_OPERAND(COOKIE_TO_ASID(pmap->pm_cookie));
6933         ttbr |= ttbr_flags;
6934
6935         return (ttbr);
6936 }
6937
6938 static void
6939 pmap_set_cnp(void *arg)
6940 {
6941         uint64_t ttbr0, ttbr1;
6942         u_int cpuid;
6943
6944         cpuid = *(u_int *)arg;
6945         if (cpuid == curcpu) {
6946                 /*
6947                  * Set the flags while all CPUs are handling the
6948                  * smp_rendezvous so will not call pmap_to_ttbr0. Any calls
6949                  * to pmap_to_ttbr0 after this will have the CnP flag set.
6950                  * The dsb after invalidating the TLB will act as a barrier
6951                  * to ensure all CPUs can observe this change.
6952                  */
6953                 ttbr_flags |= TTBR_CnP;
6954         }
6955
6956         ttbr0 = READ_SPECIALREG(ttbr0_el1);
6957         ttbr0 |= TTBR_CnP;
6958
6959         ttbr1 = READ_SPECIALREG(ttbr1_el1);
6960         ttbr1 |= TTBR_CnP;
6961
6962         /* Update ttbr{0,1}_el1 with the CnP flag */
6963         WRITE_SPECIALREG(ttbr0_el1, ttbr0);
6964         WRITE_SPECIALREG(ttbr1_el1, ttbr1);
6965         isb();
6966         __asm __volatile("tlbi vmalle1is");
6967         dsb(ish);
6968         isb();
6969 }
6970
6971 /*
6972  * Defer enabling CnP until we have read the ID registers to know if it's
6973  * supported on all CPUs.
6974  */
6975 static void
6976 pmap_init_cnp(void *dummy __unused)
6977 {
6978         uint64_t reg;
6979         u_int cpuid;
6980
6981         if (!get_kernel_reg(ID_AA64MMFR2_EL1, &reg))
6982                 return;
6983
6984         if (ID_AA64MMFR2_CnP_VAL(reg) != ID_AA64MMFR2_CnP_NONE) {
6985                 if (bootverbose)
6986                         printf("Enabling CnP\n");
6987                 cpuid = curcpu;
6988                 smp_rendezvous(NULL, pmap_set_cnp, NULL, &cpuid);
6989         }
6990
6991 }
6992 SYSINIT(pmap_init_cnp, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_ANY, pmap_init_cnp, NULL);
6993
6994 static bool
6995 pmap_activate_int(pmap_t pmap)
6996 {
6997         struct asid_set *set;
6998         int epoch;
6999
7000         KASSERT(PCPU_GET(curpmap) != NULL, ("no active pmap"));
7001         KASSERT(pmap != kernel_pmap, ("kernel pmap activation"));
7002
7003         if ((pmap->pm_stage == PM_STAGE1 && pmap == PCPU_GET(curpmap)) ||
7004             (pmap->pm_stage == PM_STAGE2 && pmap == PCPU_GET(curvmpmap))) {
7005                 /*
7006                  * Handle the possibility that the old thread was preempted
7007                  * after an "ic" or "tlbi" instruction but before it performed
7008                  * a "dsb" instruction.  If the old thread migrates to a new
7009                  * processor, its completion of a "dsb" instruction on that
7010                  * new processor does not guarantee that the "ic" or "tlbi"
7011                  * instructions performed on the old processor have completed.
7012                  */
7013                 dsb(ish);
7014                 return (false);
7015         }
7016
7017         set = pmap->pm_asid_set;
7018         KASSERT(set != NULL, ("%s: NULL asid set", __func__));
7019
7020         /*
7021          * Ensure that the store to curpmap is globally visible before the
7022          * load from asid_epoch is performed.
7023          */
7024         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1)
7025                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7026         else
7027                 PCPU_SET(curvmpmap, pmap);
7028         dsb(ish);
7029         epoch = COOKIE_TO_EPOCH(pmap->pm_cookie);
7030         if (epoch >= 0 && epoch != set->asid_epoch)
7031                 pmap_alloc_asid(pmap);
7032
7033         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE1) {
7034                 set_ttbr0(pmap_to_ttbr0(pmap));
7035                 if (PCPU_GET(bcast_tlbi_workaround) != 0)
7036                         invalidate_local_icache();
7037         }
7038         return (true);
7039 }
7040
7041 void
7042 pmap_activate_vm(pmap_t pmap)
7043 {
7044
7045         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7046
7047         (void)pmap_activate_int(pmap);
7048 }
7049
7050 void
7051 pmap_activate(struct thread *td)
7052 {
7053         pmap_t  pmap;
7054
7055         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7056         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7057         critical_enter();
7058         (void)pmap_activate_int(pmap);
7059         critical_exit();
7060 }
7061
7062 /*
7063  * To eliminate the unused parameter "old", we would have to add an instruction
7064  * to cpu_switch().
7065  */
7066 struct pcb *
7067 pmap_switch(struct thread *old __unused, struct thread *new)
7068 {
7069         pcpu_bp_harden bp_harden;
7070         struct pcb *pcb;
7071
7072         /* Store the new curthread */
7073         PCPU_SET(curthread, new);
7074 #if defined(PERTHREAD_SSP)
7075         /* Set the new threads SSP canary */
7076         __asm("msr      sp_el0, %0" :: "r"(&new->td_md.md_canary));
7077 #endif
7078
7079         /* And the new pcb */
7080         pcb = new->td_pcb;
7081         PCPU_SET(curpcb, pcb);
7082
7083         /*
7084          * TODO: We may need to flush the cache here if switching
7085          * to a user process.
7086          */
7087
7088         if (pmap_activate_int(vmspace_pmap(new->td_proc->p_vmspace))) {
7089                 /*
7090                  * Stop userspace from training the branch predictor against
7091                  * other processes. This will call into a CPU specific
7092                  * function that clears the branch predictor state.
7093                  */
7094                 bp_harden = PCPU_GET(bp_harden);
7095                 if (bp_harden != NULL)
7096                         bp_harden();
7097         }
7098
7099         return (pcb);
7100 }
7101
7102 void
7103 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7104 {
7105
7106         PMAP_ASSERT_STAGE1(pmap);
7107         KASSERT(ADDR_IS_CANONICAL(va),
7108             ("%s: Address not in canonical form: %lx", __func__, va));
7109
7110         if (ADDR_IS_KERNEL(va)) {
7111                 cpu_icache_sync_range(va, sz);
7112         } else {
7113                 u_int len, offset;
7114                 vm_paddr_t pa;
7115
7116                 /* Find the length of data in this page to flush */
7117                 offset = va & PAGE_MASK;
7118                 len = imin(PAGE_SIZE - offset, sz);
7119
7120                 while (sz != 0) {
7121                         /* Extract the physical address & find it in the DMAP */
7122                         pa = pmap_extract(pmap, va);
7123                         if (pa != 0)
7124                                 cpu_icache_sync_range(PHYS_TO_DMAP(pa), len);
7125
7126                         /* Move to the next page */
7127                         sz -= len;
7128                         va += len;
7129                         /* Set the length for the next iteration */
7130                         len = imin(PAGE_SIZE, sz);
7131                 }
7132         }
7133 }
7134
7135 static int
7136 pmap_stage2_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7137 {
7138         pd_entry_t *pdep;
7139         pt_entry_t *ptep, pte;
7140         int rv, lvl, dfsc;
7141
7142         PMAP_ASSERT_STAGE2(pmap);
7143         rv = KERN_FAILURE;
7144
7145         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7146         dfsc = esr & ISS_DATA_DFSC_MASK;
7147         switch (dfsc) {
7148         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7149         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7150         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7151         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7152                 PMAP_LOCK(pmap);
7153                 pdep = pmap_pde(pmap, far, &lvl);
7154                 if (pdep == NULL || lvl != (dfsc - ISS_DATA_DFSC_TF_L1)) {
7155                         PMAP_LOCK(pmap);
7156                         break;
7157                 }
7158
7159                 switch (lvl) {
7160                 case 0:
7161                         ptep = pmap_l0_to_l1(pdep, far);
7162                         break;
7163                 case 1:
7164                         ptep = pmap_l1_to_l2(pdep, far);
7165                         break;
7166                 case 2:
7167                         ptep = pmap_l2_to_l3(pdep, far);
7168                         break;
7169                 default:
7170                         panic("%s: Invalid pde level %d", __func__,lvl);
7171                 }
7172                 goto fault_exec;
7173
7174         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7175         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7176         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7177                 PMAP_LOCK(pmap);
7178                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7179 fault_exec:
7180                 if (ptep != NULL && (pte = pmap_load(ptep)) != 0) {
7181                         if (icache_vmid) {
7182                                 pmap_invalidate_vpipt_icache();
7183                         } else {
7184                                 /*
7185                                  * If accessing an executable page invalidate
7186                                  * the I-cache so it will be valid when we
7187                                  * continue execution in the guest. The D-cache
7188                                  * is assumed to already be clean to the Point
7189                                  * of Coherency.
7190                                  */
7191                                 if ((pte & ATTR_S2_XN_MASK) !=
7192                                     ATTR_S2_XN(ATTR_S2_XN_NONE)) {
7193                                         invalidate_icache();
7194                                 }
7195                         }
7196                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF | ATTR_DESCR_VALID);
7197                         rv = KERN_SUCCESS;
7198                 }
7199                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7200                 break;
7201         }
7202
7203         return (rv);
7204 }
7205
7206 int
7207 pmap_fault(pmap_t pmap, uint64_t esr, uint64_t far)
7208 {
7209         pt_entry_t pte, *ptep;
7210         register_t intr;
7211         uint64_t ec, par;
7212         int lvl, rv;
7213
7214         rv = KERN_FAILURE;
7215
7216         ec = ESR_ELx_EXCEPTION(esr);
7217         switch (ec) {
7218         case EXCP_INSN_ABORT_L:
7219         case EXCP_INSN_ABORT:
7220         case EXCP_DATA_ABORT_L:
7221         case EXCP_DATA_ABORT:
7222                 break;
7223         default:
7224                 return (rv);
7225         }
7226
7227         if (pmap->pm_stage == PM_STAGE2)
7228                 return (pmap_stage2_fault(pmap, esr, far));
7229
7230         /* Data and insn aborts use same encoding for FSC field. */
7231         switch (esr & ISS_DATA_DFSC_MASK) {
7232         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L1:
7233         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L2:
7234         case ISS_DATA_DFSC_AFF_L3:
7235                 PMAP_LOCK(pmap);
7236                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7237                 if (ptep != NULL) {
7238                         pmap_set_bits(ptep, ATTR_AF);
7239                         rv = KERN_SUCCESS;
7240                         /*
7241                          * XXXMJ as an optimization we could mark the entry
7242                          * dirty if this is a write fault.
7243                          */
7244                 }
7245                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7246                 break;
7247         case ISS_DATA_DFSC_PF_L1:
7248         case ISS_DATA_DFSC_PF_L2:
7249         case ISS_DATA_DFSC_PF_L3:
7250                 if ((ec != EXCP_DATA_ABORT_L && ec != EXCP_DATA_ABORT) ||
7251                     (esr & ISS_DATA_WnR) == 0)
7252                         return (rv);
7253                 PMAP_LOCK(pmap);
7254                 ptep = pmap_pte(pmap, far, &lvl);
7255                 if (ptep != NULL &&
7256                     ((pte = pmap_load(ptep)) & ATTR_SW_DBM) != 0) {
7257                         if ((pte & ATTR_S1_AP_RW_BIT) ==
7258                             ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO)) {
7259                                 pmap_clear_bits(ptep, ATTR_S1_AP_RW_BIT);
7260                                 pmap_invalidate_page(pmap, far, true);
7261                         }
7262                         rv = KERN_SUCCESS;
7263                 }
7264                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7265                 break;
7266         case ISS_DATA_DFSC_TF_L0:
7267         case ISS_DATA_DFSC_TF_L1:
7268         case ISS_DATA_DFSC_TF_L2:
7269         case ISS_DATA_DFSC_TF_L3:
7270                 /*
7271                  * Retry the translation.  A break-before-make sequence can
7272                  * produce a transient fault.
7273                  */
7274                 if (pmap == kernel_pmap) {
7275                         /*
7276                          * The translation fault may have occurred within a
7277                          * critical section.  Therefore, we must check the
7278                          * address without acquiring the kernel pmap's lock.
7279                          */
7280                         if (pmap_klookup(far, NULL))
7281                                 rv = KERN_SUCCESS;
7282                 } else {
7283                         PMAP_LOCK(pmap);
7284                         /* Ask the MMU to check the address. */
7285                         intr = intr_disable();
7286                         par = arm64_address_translate_s1e0r(far);
7287                         intr_restore(intr);
7288                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7289
7290                         /*
7291                          * If the translation was successful, then we can
7292                          * return success to the trap handler.
7293                          */
7294                         if (PAR_SUCCESS(par))
7295                                 rv = KERN_SUCCESS;
7296                 }
7297                 break;
7298         }
7299
7300         return (rv);
7301 }
7302
7303 /*
7304  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7305  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7306  */
7307 void
7308 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7309     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7310 {
7311         vm_offset_t superpage_offset;
7312
7313         if (size < L2_SIZE)
7314                 return;
7315         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7316                 offset += ptoa(object->pg_color);
7317         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
7318         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
7319             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
7320                 return;
7321         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
7322                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7323         else
7324                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
7325 }
7326
7327 /**
7328  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7329  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7330  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7331  *
7332  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7333  *                    address on the kernel memory map.
7334  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7335  *                    of the pages passed in the page parameter.
7336  * \param count       Number of pages passed in.
7337  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7338  *                    page faults, FALSE otherwise.
7339  *
7340  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7341  *          finished or FALSE otherwise.
7342  *
7343  */
7344 boolean_t
7345 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7346     boolean_t can_fault)
7347 {
7348         vm_paddr_t paddr;
7349         boolean_t needs_mapping;
7350         int error, i;
7351
7352         /*
7353          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7354          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7355          */
7356         needs_mapping = FALSE;
7357         for (i = 0; i < count; i++) {
7358                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7359                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(paddr))) {
7360                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7361                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7362                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7363                         needs_mapping = TRUE;
7364                 } else {
7365                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7366                 }
7367         }
7368
7369         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7370         if (!needs_mapping)
7371                 return (FALSE);
7372
7373         if (!can_fault)
7374                 sched_pin();
7375         for (i = 0; i < count; i++) {
7376                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7377                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7378                         panic(
7379                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
7380                 }
7381         }
7382
7383         return (needs_mapping);
7384 }
7385
7386 void
7387 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7388     boolean_t can_fault)
7389 {
7390         vm_paddr_t paddr;
7391         int i;
7392
7393         if (!can_fault)
7394                 sched_unpin();
7395         for (i = 0; i < count; i++) {
7396                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7397                 if (!PHYS_IN_DMAP(paddr)) {
7398                         panic("ARM64TODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
7399                 }
7400         }
7401 }
7402
7403 boolean_t
7404 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
7405 {
7406
7407         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH);
7408 }
7409
7410 /*
7411  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
7412  * in various mapping attributes.
7413  */
7414 struct pmap_kernel_map_range {
7415         vm_offset_t sva;
7416         pt_entry_t attrs;
7417         int l3pages;
7418         int l3contig;
7419         int l2blocks;
7420         int l1blocks;
7421 };
7422
7423 static void
7424 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7425     vm_offset_t eva)
7426 {
7427         const char *mode;
7428         int index;
7429
7430         if (eva <= range->sva)
7431                 return;
7432
7433         index = range->attrs & ATTR_S1_IDX_MASK;
7434         switch (index) {
7435         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_DEVICE):
7436                 mode = "DEV";
7437                 break;
7438         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_UNCACHEABLE):
7439                 mode = "UC";
7440                 break;
7441         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_BACK):
7442                 mode = "WB";
7443                 break;
7444         case ATTR_S1_IDX(VM_MEMATTR_WRITE_THROUGH):
7445                 mode = "WT";
7446                 break;
7447         default:
7448                 printf(
7449                     "%s: unknown memory type %x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
7450                     __func__, index, range->sva, eva);
7451                 mode = "??";
7452                 break;
7453         }
7454
7455         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %3s %d %d %d %d\n",
7456             range->sva, eva,
7457             (range->attrs & ATTR_S1_AP_RW_BIT) == ATTR_S1_AP_RW ? 'w' : '-',
7458             (range->attrs & ATTR_S1_PXN) != 0 ? '-' : 'x',
7459             (range->attrs & ATTR_S1_UXN) != 0 ? '-' : 'X',
7460             (range->attrs & ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_USER)) != 0 ? 'u' : 's',
7461             mode, range->l1blocks, range->l2blocks, range->l3contig,
7462             range->l3pages);
7463
7464         /* Reset to sentinel value. */
7465         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
7466 }
7467
7468 /*
7469  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
7470  * being tracked by the current range.
7471  */
7472 static bool
7473 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
7474 {
7475
7476         return (range->attrs == attrs);
7477 }
7478
7479 static void
7480 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
7481     pt_entry_t attrs)
7482 {
7483
7484         memset(range, 0, sizeof(*range));
7485         range->sva = va;
7486         range->attrs = attrs;
7487 }
7488
7489 /* Get the block/page attributes that correspond to the table attributes */
7490 static pt_entry_t
7491 sysctl_kmaps_table_attrs(pd_entry_t table)
7492 {
7493         pt_entry_t attrs;
7494
7495         attrs = 0;
7496         if ((table & TATTR_UXN_TABLE) != 0)
7497                 attrs |= ATTR_S1_UXN;
7498         if ((table & TATTR_PXN_TABLE) != 0)
7499                 attrs |= ATTR_S1_PXN;
7500         if ((table & TATTR_AP_TABLE_RO) != 0)
7501                 attrs |= ATTR_S1_AP(ATTR_S1_AP_RO);
7502
7503         return (attrs);
7504 }
7505
7506 /* Read the block/page attributes we care about */
7507 static pt_entry_t
7508 sysctl_kmaps_block_attrs(pt_entry_t block)
7509 {
7510         return (block & (ATTR_S1_AP_MASK | ATTR_S1_XN | ATTR_S1_IDX_MASK));
7511 }
7512
7513 /*
7514  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
7515  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
7516  * begin a new run.
7517  */
7518 static void
7519 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
7520     vm_offset_t va, pd_entry_t l0e, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e,
7521     pt_entry_t l3e)
7522 {
7523         pt_entry_t attrs;
7524
7525         attrs = sysctl_kmaps_table_attrs(l0e);
7526
7527         if ((l1e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7528                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l1e);
7529                 goto done;
7530         }
7531         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l1e);
7532
7533         if ((l2e & ATTR_DESCR_TYPE_MASK) == ATTR_DESCR_TYPE_BLOCK) {
7534                 attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l2e);
7535                 goto done;
7536         }
7537         attrs |= sysctl_kmaps_table_attrs(l2e);
7538         attrs |= sysctl_kmaps_block_attrs(l3e);
7539
7540 done:
7541         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
7542                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
7543                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
7544         }
7545 }
7546
7547 static int
7548 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
7549 {
7550         struct pmap_kernel_map_range range;
7551         struct sbuf sbuf, *sb;
7552         pd_entry_t l0e, *l1, l1e, *l2, l2e;
7553         pt_entry_t *l3, l3e;
7554         vm_offset_t sva;
7555         vm_paddr_t pa;
7556         int error, i, j, k, l;
7557
7558         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
7559         if (error != 0)
7560                 return (error);
7561         sb = &sbuf;
7562         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
7563
7564         /* Sentinel value. */
7565         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
7566
7567         /*
7568          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
7569          * lock.  Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
7570          * observe inconsistencies in the output.
7571          */
7572         for (sva = 0xffff000000000000ul, i = pmap_l0_index(sva); i < Ln_ENTRIES;
7573             i++) {
7574                 if (i == pmap_l0_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
7575                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
7576                 else if (i == pmap_l0_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
7577                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
7578
7579                 l0e = kernel_pmap->pm_l0[i];
7580                 if ((l0e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7581                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7582                         sva += L0_SIZE;
7583                         continue;
7584                 }
7585                 pa = l0e & ~ATTR_MASK;
7586                 l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7587
7588                 for (j = pmap_l1_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
7589                         l1e = l1[j];
7590                         if ((l1e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7591                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7592                                 sva += L1_SIZE;
7593                                 continue;
7594                         }
7595                         if ((l1e & ATTR_DESCR_MASK) == L1_BLOCK) {
7596                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l0e, l1e,
7597                                     0, 0);
7598                                 range.l1blocks++;
7599                                 sva += L1_SIZE;
7600                                 continue;
7601                         }
7602                         pa = l1e & ~ATTR_MASK;
7603                         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7604
7605                         for (k = pmap_l2_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++) {
7606                                 l2e = l2[k];
7607                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7608                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
7609                                         sva += L2_SIZE;
7610                                         continue;
7611                                 }
7612                                 if ((l2e & ATTR_DESCR_MASK) == L2_BLOCK) {
7613                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7614                                             l0e, l1e, l2e, 0);
7615                                         range.l2blocks++;
7616                                         sva += L2_SIZE;
7617                                         continue;
7618                                 }
7619                                 pa = l2e & ~ATTR_MASK;
7620                                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
7621
7622                                 for (l = pmap_l3_index(sva); l < Ln_ENTRIES;
7623                                     l++, sva += L3_SIZE) {
7624                                         l3e = l3[l];
7625                                         if ((l3e & ATTR_DESCR_VALID) == 0) {
7626                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
7627                                                     sva);
7628                                                 continue;
7629                                         }
7630                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
7631                                             l0e, l1e, l2e, l3e);
7632                                         if ((l3e & ATTR_CONTIGUOUS) != 0)
7633                                                 range.l3contig += l % 16 == 0 ?
7634                                                     1 : 0;
7635                                         else
7636                                                 range.l3pages++;
7637                                 }
7638                         }
7639                 }
7640         }
7641
7642         error = sbuf_finish(sb);
7643         sbuf_delete(sb);
7644         return (error);
7645 }
7646 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
7647     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
7648     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
7649     "Dump kernel address layout");