]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
Add vm_page_any_valid()
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.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/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sbuf.h>
125 #include <sys/sf_buf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/smp.h>
131 #include <sys/vmem.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #ifdef DEV_APIC
148 #include <sys/bus.h>
149 #include <machine/intr_machdep.h>
150 #include <x86/apicvar.h>
151 #endif
152 #include <x86/ifunc.h>
153 #include <machine/bootinfo.h>
154 #include <machine/cpu.h>
155 #include <machine/cputypes.h>
156 #include <machine/md_var.h>
157 #include <machine/pcb.h>
158 #include <machine/specialreg.h>
159 #ifdef SMP
160 #include <machine/smp.h>
161 #endif
162 #include <machine/pmap_base.h>
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
182
183 /*
184  * PTmap is recursive pagemap at top of virtual address space.
185  * Within PTmap, the page directory can be found (third indirection).
186  */
187 #define PTmap   ((pt_entry_t *)(PTDPTDI << PDRSHIFT))
188 #define PTD     ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE)))
189 #define PTDpde  ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE) + \
190     (PTDPTDI * PDESIZE)))
191
192 /*
193  * Translate a virtual address to the kernel virtual address of its page table
194  * entry (PTE).  This can be used recursively.  If the address of a PTE as
195  * previously returned by this macro is itself given as the argument, then the
196  * address of the page directory entry (PDE) that maps the PTE will be
197  * returned.
198  *
199  * This macro may be used before pmap_bootstrap() is called.
200  */
201 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
202
203 /*
204  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
205  */
206 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
207 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
208
209 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
210 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
211 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
212 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
213 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
214
215 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
216     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
217 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
218
219 static int pgeflag = 0;         /* PG_G or-in */
220 static int pseflag = 0;         /* PG_PS or-in */
221
222 static int nkpt = NKPT;
223
224 #ifdef PMAP_PAE_COMP
225 pt_entry_t pg_nx;
226 static uma_zone_t pdptzone;
227 #else
228 #define pg_nx   0
229 #endif
230
231 _Static_assert(VM_MAXUSER_ADDRESS == VADDR(TRPTDI, 0), "VM_MAXUSER_ADDRESS");
232 _Static_assert(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS <= VADDR(PTDPTDI, 0),
233     "VM_MAX_KERNEL_ADDRESS");
234 _Static_assert(PMAP_MAP_LOW == VADDR(LOWPTDI, 0), "PMAP_MAP_LOW");
235 _Static_assert(KERNLOAD == (KERNPTDI << PDRSHIFT), "KERNLOAD");
236
237 extern int pat_works;
238 extern int pg_ps_enabled;
239
240 extern int elf32_nxstack;
241
242 #define PAT_INDEX_SIZE  8
243 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
244
245 /*
246  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
247  */
248 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
249 static struct pmap_preinit_mapping {
250         vm_paddr_t      pa;
251         vm_offset_t     va;
252         vm_size_t       sz;
253         int             mode;
254 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
255 static int pmap_initialized;
256
257 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
258
259 /*
260  * Data for the pv entry allocation mechanism
261  */
262 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
263 extern int pv_entry_max, pv_entry_count;
264 static int pv_entry_high_water = 0;
265 static struct md_page *pv_table;
266 extern int shpgperproc;
267
268 static struct pv_chunk *pv_chunkbase;   /* KVA block for pv_chunks */
269 static int pv_maxchunks;                /* How many chunks we have KVA for */
270 static vm_offset_t pv_vafree;           /* freelist stored in the PTE */
271
272 /*
273  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
274  */
275 static pt_entry_t *CMAP3;
276 static pd_entry_t *KPTD;
277 static caddr_t CADDR3;
278
279 /*
280  * Crashdump maps.
281  */
282 static caddr_t crashdumpmap;
283
284 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2, *PMAP3;
285 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2, *PADDR3;
286 #ifdef SMP
287 static int PMAP1cpu, PMAP3cpu;
288 extern int PMAP1changedcpu;
289 #endif
290 extern int PMAP1changed;
291 extern int PMAP1unchanged;
292 static struct mtx PMAP2mutex;
293
294 /*
295  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
296  */
297 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
298 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
299
300 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
301 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
302 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
303 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
304 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
305                     u_int flags);
306 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
307 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
308 #endif
309 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
310 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
311                     vm_offset_t va);
312 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
313
314 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
315 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
316 static bool     pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
317                     vm_prot_t prot);
318 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
319                     u_int flags, vm_page_t m);
320 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
321     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
322 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
323 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
324                     pd_entry_t pde);
325 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
326 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
327 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
328 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
329 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
330 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
331 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
332 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
333 #endif
334 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
335     vm_prot_t prot);
336 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
337 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
338     struct spglist *free);
339 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
340     struct spglist *free);
341 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
342 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free);
343 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
344                     struct spglist *free);
345 static void pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va);
346 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
347 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
348     vm_page_t m);
349 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
350     pd_entry_t newpde);
351 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
352
353 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
354
355 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
356 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
357 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
358 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
359 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
360 #ifdef PMAP_PAE_COMP
361 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
362     uint8_t *flags, int wait);
363 #endif
364 static void pmap_init_trm(void);
365 static void pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap);
366
367 static __inline void pagezero(void *page);
368
369 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
370 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
371
372 extern char _end[];
373 extern u_long physfree; /* phys addr of next free page */
374 extern u_long vm86phystk;/* PA of vm86/bios stack */
375 extern u_long vm86paddr;/* address of vm86 region */
376 extern int vm86pa;      /* phys addr of vm86 region */
377 extern u_long KERNend;  /* phys addr end of kernel (just after bss) */
378 #ifdef PMAP_PAE_COMP
379 pd_entry_t *IdlePTD_pae;        /* phys addr of kernel PTD */
380 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
381 pt_entry_t *KPTmap_pae; /* address of kernel page tables */
382 #define IdlePTD IdlePTD_pae
383 #define KPTmap  KPTmap_pae
384 #else
385 pd_entry_t *IdlePTD_nopae;
386 pt_entry_t *KPTmap_nopae;
387 #define IdlePTD IdlePTD_nopae
388 #define KPTmap  KPTmap_nopae
389 #endif
390 extern u_long KPTphys;  /* phys addr of kernel page tables */
391 extern u_long tramp_idleptd;
392
393 static u_long
394 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
395 {
396         u_long res;
397
398         res = *physfree;
399         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
400         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
401         return (res);
402 }
403
404 static void
405 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
406 {
407         pt_entry_t *pt;
408
409         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
410             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
411                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
412 }
413
414 static void
415 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
416 {
417
418         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
419 }
420
421 _Static_assert(LOWPTDI * 2 * NBPDR == KERNBASE,
422     "Broken double-map of zero PTD");
423
424 static void
425 __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(bool enable)
426 {
427         int i;
428
429         for (i = 0; i < LOWPTDI; i++)
430                 IdlePTD[i] = enable ? IdlePTD[LOWPTDI + i] : 0;
431         load_cr3(rcr3());               /* invalidate TLB */
432 }
433
434 /*
435  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
436  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
437  * does not require relocations.
438  */
439 void
440 __CONCAT(PMTYPE, cold)(void)
441 {
442         pt_entry_t *pt;
443         u_long a;
444         u_int cr3, ncr4;
445
446         physfree = (u_long)&_end;
447         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
448                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
449         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
450                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
451         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
452         KERNend = physfree;
453
454         /* Allocate Kernel Page Tables */
455         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
456         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
457
458         /* Allocate Page Table Directory */
459 #ifdef PMAP_PAE_COMP
460         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
461         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
462 #endif
463         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
464
465         /*
466          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
467          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
468          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
469          * physical memory due to 1:1 mappings.
470          */
471         allocpages(1, &physfree);
472         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
473
474         /* vm86/bios stack */
475         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
476
477         /* pgtable + ext + IOPAGES */
478         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
479
480         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
481         for (a = 0; a < NKPT; a++)
482                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
483
484 #ifdef PMAP_PAE_COMP
485         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
486         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
487                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
488 #endif
489
490         /*
491          * Install recursive mapping for kernel page tables into
492          * itself.
493          */
494         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
495                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
496                     PG_RW;
497
498         /*
499          * Initialize page table pages mapping physical address zero
500          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
501          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
502          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
503          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
504          * kernel PDEs before we turn on paging.
505          *
506          * This and all other page table entries allow read and write
507          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
508          * access restrictions.
509          */
510         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
511         pmap_cold_map(0, NBPDR * LOWPTDI, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
512         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
513
514         /* Map page table directory */
515 #ifdef PMAP_PAE_COMP
516         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
517 #endif
518         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
519
520         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
521         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
522
523         /* Map proc0kstack */
524         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
525         /* ISA hole already mapped */
526
527         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
528         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
529
530         /* Map page 0 into the vm86 page table */
531         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
532
533         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
534         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
535             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
536                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
537                     PG_M | PG_V;
538
539         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
540         ncr4 = 0;
541         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
542                 ncr4 |= CR4_PSE;
543                 pseflag = PG_PS;
544                 /*
545                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
546                  * page table pages are wasted.
547                  */
548                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
549                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
550                             PG_RW | PG_V;
551         }
552         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
553                 ncr4 |= CR4_PGE;
554                 pgeflag = PG_G;
555         }
556         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
557 #ifdef PMAP_PAE_COMP
558         ncr4 |= CR4_PAE;
559 #endif
560         if (ncr4 != 0)
561                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
562
563         /* Now enable paging */
564 #ifdef PMAP_PAE_COMP
565         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
566         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
567                 wbinvd();
568 #else
569         cr3 = (u_int)IdlePTD;
570 #endif
571         tramp_idleptd = cr3;
572         load_cr3(cr3);
573         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
574
575         /*
576          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
577          * linked to run.
578          */
579
580         /*
581          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
582          * to get some null pointer checks.
583          */
584         __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(false);
585
586         kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
587 #ifdef PMAP_PAE_COMP
588         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_PAE;
589         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_PAE;
590         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_PAE;
591 #else
592         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_NOPAE;
593         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_NOPAE;
594         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_NOPAE;
595 #endif
596 }
597
598 static void
599 __CONCAT(PMTYPE, set_nx)(void)
600 {
601
602 #ifdef PMAP_PAE_COMP
603         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0)
604                 return;
605         pg_nx = PG_NX;
606         elf32_nxstack = 1;
607         /* EFER.EFER_NXE is set in initializecpu(). */
608 #endif
609 }
610
611 /*
612  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
613  *
614  *      On the i386 this is called after pmap_cold() created initial
615  *      kernel page table and enabled paging, and just syncs the pmap
616  *      module with what has already been done.
617  */
618 static void
619 __CONCAT(PMTYPE, bootstrap)(vm_paddr_t firstaddr)
620 {
621         vm_offset_t va;
622         pt_entry_t *pte, *unused __unused;
623         struct pcpu *pc;
624         u_long res;
625         int i;
626
627         res = atop(firstaddr - (vm_paddr_t)KERNLOAD);
628
629         /*
630          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
631          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
632          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
633          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
634          * addresses to superpage mappings.
635          */
636         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
637
638         /*
639          * Initialize the first available kernel virtual address.
640          * However, using "firstaddr" may waste a few pages of the
641          * kernel virtual address space, because pmap_cold() may not
642          * have mapped every physical page that it allocated.
643          * Preferably, pmap_cold() would provide a first unused
644          * virtual address in addition to "firstaddr".
645          */
646         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
647         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
648
649         /*
650          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
651          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
652          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
653          */
654         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
655         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
656 #ifdef PMAP_PAE_COMP
657         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
658 #endif
659         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
660         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
661         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
662
663         /*
664          * Initialize the global pv list lock.
665          */
666         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
667
668         /*
669          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
670          * mapping of pages.
671          */
672 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
673         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
674
675         va = virtual_avail;
676         pte = vtopte(va);
677
678         /*
679          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
680          * during early boot.
681          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
682          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
683          */
684         pc = get_pcpu();
685         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
686         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
687         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
688         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
689
690         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
691
692         /*
693          * Crashdump maps.
694          */
695         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
696
697         /*
698          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
699          */
700         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
701
702         /*
703          * msgbufp is used to map the system message buffer.
704          */
705         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
706
707         /*
708          * KPTmap is used by pmap_kextract().
709          *
710          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
711          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
712          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
713          */
714         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
715
716         for (i = 0; i < NKPT; i++)
717                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
718
719         /*
720          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
721          * respectively.
722          */
723         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
724         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
725         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
726
727         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
728
729         virtual_avail = va;
730
731         /*
732          * Initialize the PAT MSR if present.
733          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
734          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
735          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
736          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
737          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
738          */
739         pmap_init_pat();
740 }
741
742 static void
743 pmap_init_reserved_pages(void)
744 {
745         struct pcpu *pc;
746         vm_offset_t pages;
747         int i;
748
749 #ifdef PMAP_PAE_COMP
750         if (!pae_mode)
751                 return;
752 #else
753         if (pae_mode)
754                 return;
755 #endif
756         CPU_FOREACH(i) {
757                 pc = pcpu_find(i);
758                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
759                     MTX_NEW);
760                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
761                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
762                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
763                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
764                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
765                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
766                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
767                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
768                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
769                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
770                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
771
772                 /*
773                  * Skip if the mappings have already been initialized,
774                  * i.e. this is the BSP.
775                  */
776                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
777                         continue;
778
779                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
780                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
781                 if (pages == 0)
782                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
783                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
784                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
785                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
786                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
787                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
788         }
789 }
790
791 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
792
793 /*
794  * Setup the PAT MSR.
795  */
796 static void
797 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
798 {
799         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
800         uint64_t pat_msr;
801         u_long cr0, cr4;
802         int i;
803
804         /* Set default PAT index table. */
805         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
806                 pat_table[i] = -1;
807         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
808         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
809         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
810         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
811         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
812         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
813
814         /*
815          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
816          * We assume that PAT support implies PGE.
817          */
818         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
819                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
820                         pat_index[i] = pat_table[i];
821                 pat_works = 0;
822                 return;
823         }
824
825         /*
826          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
827          * PAT entries.
828          *
829          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
830          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
831          * or Mode C Paging)
832          *
833          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
834          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
835          */
836         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
837             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
838                 pat_works = 0;
839
840         /* Initialize default PAT entries. */
841         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
842             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
843             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
844             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
845             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
846             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
847             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
848             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
849
850         if (pat_works) {
851                 /*
852                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
853                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
854                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
855                  */
856                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
857                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
858                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
859                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
860                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
861                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
862         } else {
863                 /*
864                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
865                  */
866                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
867                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
868                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
869         }
870
871         /* Disable PGE. */
872         cr4 = rcr4();
873         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
874
875         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
876         cr0 = rcr0();
877         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
878
879         /* Flushes caches and TLBs. */
880         wbinvd();
881         invltlb();
882
883         /* Update PAT and index table. */
884         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
885         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
886                 pat_index[i] = pat_table[i];
887
888         /* Flush caches and TLBs again. */
889         wbinvd();
890         invltlb();
891
892         /* Restore caches and PGE. */
893         load_cr0(cr0);
894         load_cr4(cr4);
895 }
896
897 #ifdef PMAP_PAE_COMP
898 static void *
899 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
900     int wait)
901 {
902
903         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
904         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
905         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
906             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
907 }
908 #endif
909
910 /*
911  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
912  * Requirements:
913  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
914  *    are ever set, PG_V in particular.
915  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
916  *    on PAE systems.  This should be ok.
917  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
918  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
919  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
920  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
921  */
922 static vm_offset_t
923 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
924 {
925         pt_entry_t *pte;
926         vm_offset_t va;
927
928         va = *head;
929         if (va == 0)
930                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
931         pte = vtopte(va);
932         *head = *pte;
933         if (*head & PG_V)
934                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
935         *pte = 0;
936         return (va);
937 }
938
939 static void
940 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
941 {
942         pt_entry_t *pte;
943
944         if (va & PG_V)
945                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
946         pte = vtopte(va);
947         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
948         *head = va;
949 }
950
951 static void
952 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
953 {
954         int i;
955         vm_offset_t va;
956
957         *head = 0;
958         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
959                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
960                 pmap_ptelist_free(head, va);
961         }
962 }
963
964 /*
965  *      Initialize the pmap module.
966  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
967  *      system needs to map virtual memory.
968  */
969 static void
970 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
971 {
972         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
973         vm_page_t mpte;
974         vm_size_t s;
975         int i, pv_npg;
976
977         /*
978          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
979          * page table pages.
980          */ 
981         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
982         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
983                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
984                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
985                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
986                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
987                 mpte->pindex = i + KPTDI;
988                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
989                 mpte->ref_count = 1;
990
991                 /*
992                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
993                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
994                  */
995                 if (pseflag != 0 &&
996                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
997                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
998                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
999         }
1000         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1001         vm_wire_add(NKPT);
1002
1003         /*
1004          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1005          * high water mark so that the system can recover from excessive
1006          * numbers of pv entries.
1007          */
1008         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1009         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1010         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1011         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1012         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1013
1014         /*
1015          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1016          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1017          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1018          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1019          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1020          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1021          * or newer AMD processors.
1022          */
1023         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1024             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1025             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1026             AMDID2_FMA4)) == 0)
1027                 workaround_erratum383 = 1;
1028
1029         /*
1030          * Are large page mappings supported and enabled?
1031          */
1032         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1033         if (pseflag == 0)
1034                 pg_ps_enabled = 0;
1035         else if (pg_ps_enabled) {
1036                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1037                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1038                 pagesizes[1] = NBPDR;
1039         }
1040
1041         /*
1042          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1043          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1044          */
1045         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1046             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1047
1048         /*
1049          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1050          */
1051         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1052         s = round_page(s);
1053         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1054         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1055                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1056
1057         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1058         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1059         if (pv_chunkbase == NULL)
1060                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1061         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1062 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1063         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1064             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1065             UMA_ZONE_CONTIG | UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1066         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1067 #endif
1068
1069         pmap_initialized = 1;
1070         pmap_init_trm();
1071
1072         if (!bootverbose)
1073                 return;
1074         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1075                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1076                 if (ppim->va == 0)
1077                         continue;
1078                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1079                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1080         }
1081
1082 }
1083
1084 extern u_long pmap_pde_demotions;
1085 extern u_long pmap_pde_mappings;
1086 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1087 extern u_long pmap_pde_promotions;
1088
1089 /***************************************************
1090  * Low level helper routines.....
1091  ***************************************************/
1092
1093 static boolean_t
1094 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1095 {
1096
1097         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1098             pat_index[(int)mode] >= 0);
1099 }
1100
1101 /*
1102  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1103  * caching mode.
1104  */
1105 static int
1106 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1107 {
1108         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1109
1110         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1111                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1112
1113         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1114         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1115
1116         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1117         pat_idx = pat_index[mode];
1118
1119         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1120         cache_bits = 0;
1121         if (pat_idx & 0x4)
1122                 cache_bits |= pat_flag;
1123         if (pat_idx & 0x2)
1124                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1125         if (pat_idx & 0x1)
1126                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1127         return (cache_bits);
1128 }
1129
1130 static int
1131 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
1132 {
1133         int pat_flag, pat_idx;
1134
1135         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1136                 return (0);
1137
1138         pat_idx = 0;
1139         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1140         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1141
1142         if ((pte & pat_flag) != 0)
1143                 pat_idx |= 0x4;
1144         if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
1145                 pat_idx |= 0x2;
1146         if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
1147                 pat_idx |= 0x1;
1148
1149         /* See pmap_init_pat(). */
1150         if (pat_works) {
1151                 if (pat_idx == 4)
1152                         pat_idx = 0;
1153                 if (pat_idx == 7)
1154                         pat_idx = 3;
1155         } else {
1156                 /* XXXKIB */
1157         }
1158
1159         return (pat_idx);
1160 }
1161
1162 static bool
1163 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1164 {
1165
1166         return (pg_ps_enabled);
1167 }
1168
1169 /*
1170  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1171  */
1172 static void
1173 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1174 {
1175         pd_entry_t *pde;
1176
1177         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1178         pde_store(pde, newpde);
1179 }
1180
1181 /*
1182  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1183  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1184  * calling processor's TLB is affected.
1185  *
1186  * The calling thread must be pinned to a processor.
1187  */
1188 static void
1189 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1190 {
1191
1192         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1193                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1194                 invlpg(va);
1195         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1196                 /*
1197                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1198                  * because there are too many to flush individually.
1199                  */
1200                 invltlb();
1201 }
1202
1203 #ifdef SMP
1204
1205 static void
1206 pmap_curcpu_cb_dummy(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t addr1 __unused,
1207     vm_offset_t addr2 __unused)
1208 {
1209 }
1210
1211 /*
1212  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1213  *
1214  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1215  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1216  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1217  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1218  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1219  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1220  * one of the following functions but before a store updating the page
1221  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1222  * processor before its pm_active field is checked but due to
1223  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1224  * pmap as inactive on the other processor.
1225  * 
1226  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1227  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1228  * processor.
1229  */
1230 static void
1231 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1232 {
1233         cpuset_t *mask, other_cpus;
1234         u_int cpuid;
1235
1236         sched_pin();
1237         if (pmap == kernel_pmap) {
1238                 invlpg(va);
1239                 mask = &all_cpus;
1240         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1241                 mask = &all_cpus;
1242         } else {
1243                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1244                 other_cpus = all_cpus;
1245                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1246                 CPU_AND(&other_cpus, &other_cpus, &pmap->pm_active);
1247                 mask = &other_cpus;
1248         }
1249         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap, pmap_curcpu_cb_dummy);
1250         sched_unpin();
1251 }
1252
1253 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1254 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1255
1256 static void
1257 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1258 {
1259         cpuset_t *mask, other_cpus;
1260         vm_offset_t addr;
1261         u_int cpuid;
1262
1263         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1264                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1265                 return;
1266         }
1267
1268         sched_pin();
1269         if (pmap == kernel_pmap) {
1270                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1271                         invlpg(addr);
1272                 mask = &all_cpus;
1273         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1274                 mask = &all_cpus;
1275         } else {
1276                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1277                 other_cpus = all_cpus;
1278                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1279                 CPU_AND(&other_cpus, &other_cpus, &pmap->pm_active);
1280                 mask = &other_cpus;
1281         }
1282         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap, pmap_curcpu_cb_dummy);
1283         sched_unpin();
1284 }
1285
1286 static void
1287 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1288 {
1289         cpuset_t *mask, other_cpus;
1290         u_int cpuid;
1291
1292         sched_pin();
1293         if (pmap == kernel_pmap) {
1294                 invltlb();
1295                 mask = &all_cpus;
1296         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1297                 mask = &all_cpus;
1298         } else {
1299                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1300                 other_cpus = all_cpus;
1301                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1302                 CPU_AND(&other_cpus, &other_cpus, &pmap->pm_active);
1303                 mask = &other_cpus;
1304         }
1305         smp_masked_invltlb(*mask, pmap, pmap_curcpu_cb_dummy);
1306         sched_unpin();
1307 }
1308
1309 static void
1310 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused,
1311     vm_offset_t addr1 __unused, vm_offset_t addr2 __unused)
1312 {
1313         wbinvd();
1314 }
1315
1316 static void
1317 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1318 {
1319         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
1320 }
1321
1322 struct pde_action {
1323         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1324         vm_offset_t va;
1325         pd_entry_t *pde;
1326         pd_entry_t newpde;
1327         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1328 };
1329
1330 static void
1331 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1332 {
1333         struct pde_action *act = arg;
1334         pd_entry_t *pde;
1335
1336         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1337                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1338                 pde_store(pde, act->newpde);
1339         }
1340 }
1341
1342 static void
1343 pmap_update_pde_user(void *arg)
1344 {
1345         struct pde_action *act = arg;
1346
1347         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1348                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1349 }
1350
1351 static void
1352 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1353 {
1354         struct pde_action *act = arg;
1355
1356         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1357                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1358 }
1359
1360 /*
1361  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1362  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1363  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1364  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1365  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1366  * hardware error.
1367  */
1368 static void
1369 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1370 {
1371         struct pde_action act;
1372         cpuset_t active, other_cpus;
1373         u_int cpuid;
1374
1375         sched_pin();
1376         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1377         other_cpus = all_cpus;
1378         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1379         if (pmap == kernel_pmap)
1380                 active = all_cpus;
1381         else
1382                 active = pmap->pm_active;
1383         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1384                 act.store = cpuid;
1385                 act.invalidate = active;
1386                 act.va = va;
1387                 act.pde = pde;
1388                 act.newpde = newpde;
1389                 CPU_SET(cpuid, &active);
1390                 smp_rendezvous_cpus(active,
1391                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1392                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1393                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1394         } else {
1395                 if (pmap == kernel_pmap)
1396                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1397                 else
1398                         pde_store(pde, newpde);
1399                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1400                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1401         }
1402         sched_unpin();
1403 }
1404 #else /* !SMP */
1405 /*
1406  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1407  * We inline these within pmap.c for speed.
1408  */
1409 static void
1410 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1411 {
1412
1413         if (pmap == kernel_pmap)
1414                 invlpg(va);
1415 }
1416
1417 static void
1418 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1419 {
1420         vm_offset_t addr;
1421
1422         if (pmap == kernel_pmap)
1423                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1424                         invlpg(addr);
1425 }
1426
1427 static void
1428 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1429 {
1430
1431         if (pmap == kernel_pmap)
1432                 invltlb();
1433 }
1434
1435 static void
1436 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1437 {
1438
1439         wbinvd();
1440 }
1441
1442 static void
1443 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1444 {
1445
1446         if (pmap == kernel_pmap)
1447                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1448         else
1449                 pde_store(pde, newpde);
1450         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1451                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1452 }
1453 #endif /* !SMP */
1454
1455 static void
1456 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1457 {
1458
1459         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1460 }
1461
1462 static void
1463 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1464     vm_offset_t eva)
1465 {
1466
1467         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1468 }
1469
1470 static void
1471 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1472 {
1473
1474         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1475 }
1476
1477 static void
1478 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1479 {
1480
1481         /*
1482          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1483          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1484          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1485          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1486          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1487          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1488          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1489          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1490          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1491          */
1492         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1493                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1494         else
1495                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Are we current address space or kernel?
1500  */
1501 static __inline int
1502 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1503 {
1504
1505         return (pmap == kernel_pmap);
1506 }
1507
1508 /*
1509  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1510  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1511  */
1512 static pt_entry_t *
1513 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1514 {
1515         pd_entry_t newpf;
1516         pd_entry_t *pde;
1517
1518         pde = pmap_pde(pmap, va);
1519         if (*pde & PG_PS)
1520                 return (pde);
1521         if (*pde != 0) {
1522                 /* are we current address space or kernel? */
1523                 if (pmap_is_current(pmap))
1524                         return (vtopte(va));
1525                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1526                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1527                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1528                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1529                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1530                             (vm_offset_t)PADDR2);
1531                 }
1532                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1533         }
1534         return (NULL);
1535 }
1536
1537 /*
1538  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1539  * being NULL.
1540  */
1541 static __inline void
1542 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1543 {
1544
1545         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1546                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1547 }
1548
1549 /*
1550  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1551  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1552  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1553  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1554  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1555  */
1556 static __inline void
1557 invlcaddr(void *caddr)
1558 {
1559
1560         invlpg((u_int)caddr);
1561 }
1562
1563 /*
1564  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1565  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1566  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1567  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1568  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1569  *
1570  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1571  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1572  */
1573 static pt_entry_t *
1574 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1575 {
1576         pd_entry_t newpf;
1577         pd_entry_t *pde;
1578
1579         pde = pmap_pde(pmap, va);
1580         if (*pde & PG_PS)
1581                 return (pde);
1582         if (*pde != 0) {
1583                 /* are we current address space or kernel? */
1584                 if (pmap_is_current(pmap))
1585                         return (vtopte(va));
1586                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1587                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1588                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1589                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1590                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1591 #ifdef SMP
1592                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1593 #endif
1594                         invlcaddr(PADDR1);
1595                         PMAP1changed++;
1596                 } else
1597 #ifdef SMP
1598                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1599                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1600                         invlcaddr(PADDR1);
1601                         PMAP1changedcpu++;
1602                 } else
1603 #endif
1604                         PMAP1unchanged++;
1605                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1606         }
1607         return (0);
1608 }
1609
1610 static pt_entry_t *
1611 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1612 {
1613         pd_entry_t newpf;
1614         pd_entry_t *pde;
1615
1616         pde = pmap_pde(pmap, va);
1617         if (*pde & PG_PS)
1618                 return (pde);
1619         if (*pde != 0) {
1620                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1621                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1622                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1623                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1624                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1625 #ifdef SMP
1626                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1627 #endif
1628                         invlcaddr(PADDR3);
1629                         PMAP1changed++;
1630                 } else
1631 #ifdef SMP
1632                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1633                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1634                         invlcaddr(PADDR3);
1635                         PMAP1changedcpu++;
1636                 } else
1637 #endif
1638                         PMAP1unchanged++;
1639                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1640         }
1641         return (0);
1642 }
1643
1644 static pt_entry_t
1645 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1646 {
1647         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1648
1649         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1650         pde &= PG_FRAME;
1651         critical_enter();
1652         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1653         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1654                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1655                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1656         }
1657         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1658             (NPTEPG - 1));
1659         pte = *ptep;
1660         critical_exit();
1661         return (pte);
1662 }
1663
1664 /*
1665  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1666  * the given virtual address "va".
1667  *
1668  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1669  */
1670 static vm_paddr_t
1671 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1672 {
1673         vm_paddr_t pa;
1674
1675         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1676                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1677         } else {
1678                 /*
1679                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1680                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1681                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1682                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1683                  * page is preserved by the promotion.
1684                  */
1685                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1686                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1687         }
1688         return (pa);
1689 }
1690
1691 /*
1692  *      Routine:        pmap_extract
1693  *      Function:
1694  *              Extract the physical page address associated
1695  *              with the given map/virtual_address pair.
1696  */
1697 static vm_paddr_t
1698 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1699 {
1700         vm_paddr_t rtval;
1701         pt_entry_t pte;
1702         pd_entry_t pde;
1703
1704         rtval = 0;
1705         PMAP_LOCK(pmap);
1706         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1707         if (pde != 0) {
1708                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1709                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1710                 else {
1711                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1712                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1713                 }
1714         }
1715         PMAP_UNLOCK(pmap);
1716         return (rtval);
1717 }
1718
1719 /*
1720  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1721  *      Function:
1722  *              Atomically extract and hold the physical page
1723  *              with the given pmap and virtual address pair
1724  *              if that mapping permits the given protection.
1725  */
1726 static vm_page_t
1727 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1728 {
1729         pd_entry_t pde;
1730         pt_entry_t pte;
1731         vm_page_t m;
1732
1733         m = NULL;
1734         PMAP_LOCK(pmap);
1735         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1736         if (pde != 0) {
1737                 if (pde & PG_PS) {
1738                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1739                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1740                                     (va & PDRMASK));
1741                 } else {
1742                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1743                         if (pte != 0 &&
1744                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
1745                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1746                 }
1747                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1748                         m = NULL;
1749         }
1750         PMAP_UNLOCK(pmap);
1751         return (m);
1752 }
1753
1754 /***************************************************
1755  * Low level mapping routines.....
1756  ***************************************************/
1757
1758 /*
1759  * Add a wired page to the kva.
1760  * Note: not SMP coherent.
1761  *
1762  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1763  */
1764 static void
1765 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1766 {
1767         pt_entry_t *pte;
1768
1769         pte = vtopte(va);
1770         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1771 }
1772
1773 static __inline void
1774 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1775 {
1776         pt_entry_t *pte;
1777
1778         pte = vtopte(va);
1779         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1780             mode, 0));
1781 }
1782
1783 /*
1784  * Remove a page from the kernel pagetables.
1785  * Note: not SMP coherent.
1786  *
1787  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1788  */
1789 static void
1790 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1791 {
1792         pt_entry_t *pte;
1793
1794         pte = vtopte(va);
1795         pte_clear(pte);
1796 }
1797
1798 /*
1799  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1800  *      virtual address space.
1801  *
1802  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1803  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1804  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1805  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1806  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1807  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1808  *      region.
1809  */
1810 static vm_offset_t
1811 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1812     int prot)
1813 {
1814         vm_offset_t va, sva;
1815         vm_paddr_t superpage_offset;
1816         pd_entry_t newpde;
1817
1818         va = *virt;
1819         /*
1820          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1821          * least one superpage mapping to be created?
1822          */ 
1823         superpage_offset = start & PDRMASK;
1824         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1825                 /*
1826                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1827                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1828                  */
1829                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1830                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1831                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1832                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1833         }
1834         sva = va;
1835         while (start < end) {
1836                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1837                     pseflag != 0) {
1838                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1839                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1840                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1841                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1842                         va += NBPDR;
1843                         start += NBPDR;
1844                 } else {
1845                         pmap_kenter(va, start);
1846                         va += PAGE_SIZE;
1847                         start += PAGE_SIZE;
1848                 }
1849         }
1850         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1851         *virt = va;
1852         return (sva);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * Add a list of wired pages to the kva
1857  * this routine is only used for temporary
1858  * kernel mappings that do not need to have
1859  * page modification or references recorded.
1860  * Note that old mappings are simply written
1861  * over.  The page *must* be wired.
1862  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1863  */
1864 static void
1865 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1866 {
1867         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1868         vm_page_t m;
1869
1870         oldpte = 0;
1871         pte = vtopte(sva);
1872         endpte = pte + count;
1873         while (pte < endpte) {
1874                 m = *ma++;
1875                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1876                     m->md.pat_mode, 0);
1877                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1878                         oldpte |= *pte;
1879                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1880                 }
1881                 pte++;
1882         }
1883         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1884                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1885                     PAGE_SIZE);
1886 }
1887
1888 /*
1889  * This routine tears out page mappings from the
1890  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1891  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1892  */
1893 static void
1894 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1895 {
1896         vm_offset_t va;
1897
1898         va = sva;
1899         while (count-- > 0) {
1900                 pmap_kremove(va);
1901                 va += PAGE_SIZE;
1902         }
1903         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1904 }
1905
1906 /***************************************************
1907  * Page table page management routines.....
1908  ***************************************************/
1909 /*
1910  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1911  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1912  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1913  */
1914 static __inline void
1915 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1916     boolean_t set_PG_ZERO)
1917 {
1918
1919         if (set_PG_ZERO)
1920                 m->flags |= PG_ZERO;
1921         else
1922                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1923         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1924 }
1925
1926 /*
1927  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1928  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1929  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1930  * ordered by this virtual address range.
1931  *
1932  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1933  */
1934 static __inline int
1935 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1936 {
1937
1938         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1939         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1940         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1941 }
1942
1943 /*
1944  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1945  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1946  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1947  * specified virtual address.
1948  */
1949 static __inline vm_page_t
1950 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1951 {
1952
1953         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1954         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1959  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1960  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1961  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1962  */
1963 static inline boolean_t
1964 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1965 {
1966
1967         --m->ref_count;
1968         if (m->ref_count == 0) {
1969                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1970                 return (TRUE);
1971         } else
1972                 return (FALSE);
1973 }
1974
1975 static void
1976 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1977 {
1978
1979         /*
1980          * unmap the page table page
1981          */
1982         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1983         --pmap->pm_stats.resident_count;
1984
1985         /*
1986          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1987          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1988          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1989          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1990          * shootdown is done.
1991          */
1992         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1993         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * After removing a page table entry, this routine is used to
1998  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1999  */
2000 static int
2001 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2002 {
2003         pd_entry_t ptepde;
2004         vm_page_t mpte;
2005
2006         if (pmap == kernel_pmap)
2007                 return (0);
2008         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
2009         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2010         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
2011 }
2012
2013 /*
2014  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2015  * mapping.
2016  */
2017 static void
2018 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2019 {
2020         struct spglist free;
2021
2022         SLIST_INIT(&free);
2023         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
2024                 /*
2025                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
2026                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
2027                  * page table pages.  Invalidate those entries.
2028                  */
2029                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2030                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2031         }
2032 }
2033
2034 /*
2035  * Initialize the pmap for the swapper process.
2036  */
2037 static void
2038 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
2039 {
2040
2041         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2042         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
2043 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2044         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
2045 #endif
2046         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2047         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2048         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2049         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2050         pmap_activate_boot(pmap);
2051 }
2052
2053 /*
2054  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2055  * such as one in a vmspace structure.
2056  */
2057 static int
2058 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2059 {
2060         int i;
2061
2062         /*
2063          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2064          * page directory table.
2065          */
2066         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2067                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2068                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2069                         return (0);
2070 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2071                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2072                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2073                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2074                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2075                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2076                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2077 #endif
2078                 vm_radix_init(&pmap->pm_root);
2079         }
2080         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2081             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2082
2083         /*
2084          * allocate the page directory page(s)
2085          */
2086         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2087                 pmap->pm_ptdpg[i] = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED |
2088                     VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2089 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2090                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(pmap->pm_ptdpg[i]) | PG_V;
2091 #endif
2092         }
2093
2094         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2095 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2096         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2097                 pmap_invalidate_cache_range(
2098                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2099                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2100                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2101         }
2102 #endif
2103
2104         /* Install the trampoline mapping. */
2105         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2106
2107         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2108         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2109         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2110
2111         return (1);
2112 }
2113
2114 /*
2115  * this routine is called if the page table page is not
2116  * mapped correctly.
2117  */
2118 static vm_page_t
2119 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2120 {
2121         vm_paddr_t ptepa;
2122         vm_page_t m;
2123
2124         /*
2125          * Allocate a page table page.
2126          */
2127         if ((m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2128                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2129                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2130                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2131                         vm_wait(NULL);
2132                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2133                         PMAP_LOCK(pmap);
2134                 }
2135
2136                 /*
2137                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2138                  * page may have been allocated.
2139                  */
2140                 return (NULL);
2141         }
2142         m->pindex = ptepindex;
2143
2144         /*
2145          * Map the pagetable page into the process address space, if
2146          * it isn't already there.
2147          */
2148
2149         pmap->pm_stats.resident_count++;
2150
2151         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2152         KASSERT((pmap->pm_pdir[ptepindex] & PG_V) == 0,
2153             ("%s: page directory entry %#jx is valid",
2154             __func__, (uintmax_t)pmap->pm_pdir[ptepindex]));
2155         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2156             (pd_entry_t)(ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2157
2158         return (m);
2159 }
2160
2161 static vm_page_t
2162 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2163 {
2164         u_int ptepindex;
2165         pd_entry_t ptepa;
2166         vm_page_t m;
2167
2168         /*
2169          * Calculate pagetable page index
2170          */
2171         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2172 retry:
2173         /*
2174          * Get the page directory entry
2175          */
2176         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2177
2178         /*
2179          * This supports switching from a 4MB page to a
2180          * normal 4K page.
2181          */
2182         if (ptepa & PG_PS) {
2183                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2184                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2185         }
2186
2187         /*
2188          * If the page table page is mapped, we just increment the
2189          * hold count, and activate it.
2190          */
2191         if (ptepa) {
2192                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2193                 m->ref_count++;
2194         } else {
2195                 /*
2196                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2197                  * been deallocated. 
2198                  */
2199                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2200                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2201                         goto retry;
2202         }
2203         return (m);
2204 }
2205
2206 /***************************************************
2207 * Pmap allocation/deallocation routines.
2208  ***************************************************/
2209
2210 /*
2211  * Release any resources held by the given physical map.
2212  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2213  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2214  */
2215 static void
2216 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2217 {
2218         vm_page_t m;
2219         int i;
2220
2221         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2222             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2223             pmap->pm_stats.resident_count));
2224         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2225             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2226         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2227             ("releasing active pmap %p", pmap));
2228
2229         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2230
2231         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2232                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2233 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2234                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2235                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2236 #endif
2237                 vm_page_unwire_noq(m);
2238                 vm_page_free(m);
2239         }
2240 }
2241
2242 /*
2243  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2244  */
2245 static void
2246 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2247 {
2248         vm_paddr_t ptppaddr;
2249         vm_page_t nkpg;
2250         pd_entry_t newpdir;
2251
2252         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2253         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2254         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2255                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2256         while (kernel_vm_end < addr) {
2257                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2258                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2259                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2260                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2261                                 break;
2262                         }
2263                         continue;
2264                 }
2265
2266                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
2267                     VM_ALLOC_ZERO);
2268                 if (nkpg == NULL)
2269                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2270                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> PDRSHIFT;
2271                 nkpt++;
2272
2273                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2274                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2275                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2276
2277                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2278                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2279                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2280                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2281                         break;
2282                 }
2283         }
2284 }
2285
2286 /***************************************************
2287  * page management routines.
2288  ***************************************************/
2289
2290 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2291 CTASSERT(_NPCM == 11);
2292 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2293
2294 static __inline struct pv_chunk *
2295 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2296 {
2297
2298         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2299 }
2300
2301 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2302
2303 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2304 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2305
2306 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2307         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2308         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2309         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2310         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2311 };
2312
2313 #ifdef PV_STATS
2314 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2315 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2316 extern int pv_entry_spare;
2317 #endif
2318
2319 /*
2320  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2321  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2322  * another pv entry chunk.
2323  */
2324 static vm_page_t
2325 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2326 {
2327         struct pch newtail;
2328         struct pv_chunk *pc;
2329         struct md_page *pvh;
2330         pd_entry_t *pde;
2331         pmap_t pmap;
2332         pt_entry_t *pte, tpte;
2333         pv_entry_t pv;
2334         vm_offset_t va;
2335         vm_page_t m, m_pc;
2336         struct spglist free;
2337         uint32_t inuse;
2338         int bit, field, freed;
2339
2340         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2341         pmap = NULL;
2342         m_pc = NULL;
2343         SLIST_INIT(&free);
2344         TAILQ_INIT(&newtail);
2345         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2346             SLIST_EMPTY(&free))) {
2347                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2348                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2349                         if (pmap != NULL) {
2350                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2351                                 if (pmap != locked_pmap)
2352                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2353                         }
2354                         pmap = pc->pc_pmap;
2355                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2356                         if (pmap > locked_pmap)
2357                                 PMAP_LOCK(pmap);
2358                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2359                                 pmap = NULL;
2360                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2361                                 continue;
2362                         }
2363                 }
2364
2365                 /*
2366                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2367                  */
2368                 freed = 0;
2369                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2370                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2371                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2372                                 bit = bsfl(inuse);
2373                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2374                                 va = pv->pv_va;
2375                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2376                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2377                                         continue;
2378                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2379                                 tpte = *pte;
2380                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2381                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2382                                 pmap_pte_release(pte);
2383                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2384                                         continue;
2385                                 KASSERT(tpte != 0,
2386                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2387                                     pmap, va));
2388                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2389                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2390                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2391                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2392                                         vm_page_dirty(m);
2393                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2394                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2395                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2396                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2397                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2398                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2399                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2400                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2401                                                     PGA_WRITEABLE);
2402                                         }
2403                                 }
2404                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2405                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2406                                 freed++;
2407                         }
2408                 }
2409                 if (freed == 0) {
2410                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2411                         continue;
2412                 }
2413                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2414                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2415                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2416                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2417                 pv_entry_count -= freed;
2418                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2419                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2420                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2421                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2422                                     pc_list);
2423                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2424
2425                                 /*
2426                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2427                                  * sufficient.
2428                                  */
2429                                 if (pmap == locked_pmap)
2430                                         goto out;
2431                                 break;
2432                         }
2433                 if (field == _NPCM) {
2434                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2435                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2436                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2437                         /* Entire chunk is free; return it. */
2438                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2439                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2440                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2441                         break;
2442                 }
2443         }
2444 out:
2445         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2446         if (pmap != NULL) {
2447                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2448                 if (pmap != locked_pmap)
2449                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2450         }
2451         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2452                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2453                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2454                 /* Recycle a freed page table page. */
2455                 m_pc->ref_count = 1;
2456         }
2457         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2458         return (m_pc);
2459 }
2460
2461 /*
2462  * free the pv_entry back to the free list
2463  */
2464 static void
2465 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2466 {
2467         struct pv_chunk *pc;
2468         int idx, field, bit;
2469
2470         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2471         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2472         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2473         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2474         pv_entry_count--;
2475         pc = pv_to_chunk(pv);
2476         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2477         field = idx / 32;
2478         bit = idx % 32;
2479         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2480         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2481                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2482                         /*
2483                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2484                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2485                          */
2486                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2487                             pc)) {
2488                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2489                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2490                                     pc_list);
2491                         }
2492                         return;
2493                 }
2494         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2495         free_pv_chunk(pc);
2496 }
2497
2498 static void
2499 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2500 {
2501         vm_page_t m;
2502
2503         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2504         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2505         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2506         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2507         /* entire chunk is free, return it */
2508         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2509         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2510         vm_page_unwire_noq(m);
2511         vm_page_free(m);
2512         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2513 }
2514
2515 /*
2516  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2517  * when needed.
2518  */
2519 static pv_entry_t
2520 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2521 {
2522         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2523         static struct timeval lastprint;
2524         int bit, field;
2525         pv_entry_t pv;
2526         struct pv_chunk *pc;
2527         vm_page_t m;
2528
2529         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2530         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2531         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2532         pv_entry_count++;
2533         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2534                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2535                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2536                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2537                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2538 retry:
2539         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2540         if (pc != NULL) {
2541                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2542                         if (pc->pc_map[field]) {
2543                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2544                                 break;
2545                         }
2546                 }
2547                 if (field < _NPCM) {
2548                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2549                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2550                         /* If this was the last item, move it to tail */
2551                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2552                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2553                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2554                                         return (pv);    /* not full, return */
2555                                 }
2556                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2557                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2558                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2559                         return (pv);
2560                 }
2561         }
2562         /*
2563          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2564          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2565          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2566          */
2567         if (pv_vafree == 0 ||
2568             (m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2569                 if (try) {
2570                         pv_entry_count--;
2571                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2572                         return (NULL);
2573                 }
2574                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2575                 if (m == NULL)
2576                         goto retry;
2577         }
2578         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2579         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2580         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2581         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2582         pc->pc_pmap = pmap;
2583         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2584         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2585                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2586         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2587         pv = &pc->pc_pventry[0];
2588         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2589         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2590         return (pv);
2591 }
2592
2593 static __inline pv_entry_t
2594 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2595 {
2596         pv_entry_t pv;
2597
2598         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2599         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2600                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2601                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2602                         break;
2603                 }
2604         }
2605         return (pv);
2606 }
2607
2608 static void
2609 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2610 {
2611         struct md_page *pvh;
2612         pv_entry_t pv;
2613         vm_offset_t va_last;
2614         vm_page_t m;
2615
2616         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2617         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2618             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2619
2620         /*
2621          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2622          * page's pv list.
2623          */
2624         pvh = pa_to_pvh(pa);
2625         va = trunc_4mpage(va);
2626         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2627         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2628         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2629         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2630         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2631         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2632         do {
2633                 m++;
2634                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2635                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2636                 va += PAGE_SIZE;
2637                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2638         } while (va < va_last);
2639 }
2640
2641 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2642 static void
2643 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2644 {
2645         struct md_page *pvh;
2646         pv_entry_t pv;
2647         vm_offset_t va_last;
2648         vm_page_t m;
2649
2650         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2651         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2652             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2653
2654         /*
2655          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2656          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2657          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2658          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2659          * removes one of the mappings that is being promoted.
2660          */
2661         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2662         va = trunc_4mpage(va);
2663         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2664         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2665         pvh = pa_to_pvh(pa);
2666         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2667         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2668         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2669         do {
2670                 m++;
2671                 va += PAGE_SIZE;
2672                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2673         } while (va < va_last);
2674 }
2675 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2676
2677 static void
2678 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2679 {
2680         pv_entry_t pv;
2681
2682         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2683         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2684         free_pv_entry(pmap, pv);
2685 }
2686
2687 static void
2688 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2689 {
2690         struct md_page *pvh;
2691
2692         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2693         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2694         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2695                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2696                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2697                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2698         }
2699 }
2700
2701 /*
2702  * Create a pv entry for page at pa for
2703  * (pmap, va).
2704  */
2705 static void
2706 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2707 {
2708         pv_entry_t pv;
2709
2710         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2711         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2712         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2713         pv->pv_va = va;
2714         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2715 }
2716
2717 /*
2718  * Conditionally create a pv entry.
2719  */
2720 static boolean_t
2721 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2722 {
2723         pv_entry_t pv;
2724
2725         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2726         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2727         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2728             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2729                 pv->pv_va = va;
2730                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2731                 return (TRUE);
2732         } else
2733                 return (FALSE);
2734 }
2735
2736 /*
2737  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2738  */
2739 static bool
2740 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2741 {
2742         struct md_page *pvh;
2743         pv_entry_t pv;
2744         bool noreclaim;
2745
2746         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2747         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2748         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2749             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2750                 return (false);
2751         pv->pv_va = va;
2752         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2753         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2754         return (true);
2755 }
2756
2757 /*
2758  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2759  */
2760 static void
2761 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2762 {
2763         pt_entry_t *pte;
2764
2765         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2766                 *pte = newpte;  
2767                 newpte += PAGE_SIZE;
2768         }
2769 }
2770
2771 /*
2772  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2773  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2774  */
2775 static boolean_t
2776 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2777 {
2778         pd_entry_t newpde, oldpde;
2779         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2780         vm_paddr_t mptepa;
2781         vm_page_t mpte;
2782         struct spglist free;
2783         vm_offset_t sva;
2784
2785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2786         oldpde = *pde;
2787         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2788             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2789         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2790             NULL) {
2791                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2792                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2793                     " is missing"));
2794
2795                 /*
2796                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2797                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2798                  * allocation of the new page table page fails.
2799                  */
2800                 if ((oldpde & PG_A) == 0 ||
2801                     (mpte = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2802                         SLIST_INIT(&free);
2803                         sva = trunc_4mpage(va);
2804                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2805                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2806                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2807                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2808                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2809                             " in pmap %p", va, pmap);
2810                         return (FALSE);
2811                 }
2812                 mpte->pindex = va >> PDRSHIFT;
2813                 if (pmap != kernel_pmap) {
2814                         mpte->ref_count = NPTEPG;
2815                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2816                 }
2817         }
2818         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2819
2820         /*
2821          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2822          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2823          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2824          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2825          */
2826         if (pmap == kernel_pmap)
2827                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2828         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2829                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2830                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2831 #ifdef SMP
2832                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2833 #endif
2834                         invlcaddr(PADDR1);
2835                         PMAP1changed++;
2836                 } else
2837 #ifdef SMP
2838                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2839                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2840                         invlcaddr(PADDR1);
2841                         PMAP1changedcpu++;
2842                 } else
2843 #endif
2844                         PMAP1unchanged++;
2845                 firstpte = PADDR1;
2846         } else {
2847                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2848                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2849                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2850                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2851                             (vm_offset_t)PADDR2);
2852                 }
2853                 firstpte = PADDR2;
2854         }
2855         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2856         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2857             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2858         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2859             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2860         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2861         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2862                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2863
2864         /*
2865          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2866          * initialize it.
2867          */
2868         if (vm_page_none_valid(mpte))
2869                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2870
2871         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2872             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2873             " addresses"));
2874
2875         /*
2876          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2877          * entries.
2878          */ 
2879         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2880                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2881
2882         /*
2883          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2884          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2885          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2886          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2887          * the read above and the store below. 
2888          */
2889         if (workaround_erratum383)
2890                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2891         else if (pmap == kernel_pmap)
2892                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2893         else
2894                 pde_store(pde, newpde); 
2895         if (firstpte == PADDR2)
2896                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2897
2898         /*
2899          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2900          */
2901         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2902
2903         /*
2904          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2905          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2906          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2907          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2908          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2909          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2910          * the 2mpage to referencing the page table page.
2911          */
2912         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2913                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2914
2915         pmap_pde_demotions++;
2916         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2917             " in pmap %p", va, pmap);
2918         return (TRUE);
2919 }
2920
2921 /*
2922  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2923  */
2924 static void
2925 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2926 {
2927         pd_entry_t newpde;
2928         vm_paddr_t mptepa;
2929         vm_page_t mpte;
2930
2931         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2932         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2933         if (mpte == NULL)
2934                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2935
2936         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2937         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2938
2939         /*
2940          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2941          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2942          */
2943         if (vm_page_any_valid(mpte))
2944                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2945
2946         /*
2947          * Remove the mapping.
2948          */
2949         if (workaround_erratum383)
2950                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2951         else 
2952                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2953
2954         /*
2955          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2956          */
2957         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2958 }
2959
2960 /*
2961  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2962  */
2963 static void
2964 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2965     struct spglist *free)
2966 {
2967         struct md_page *pvh;
2968         pd_entry_t oldpde;
2969         vm_offset_t eva, va;
2970         vm_page_t m, mpte;
2971
2972         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2973         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2974             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2975         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2976         if (oldpde & PG_W)
2977                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2978
2979         /*
2980          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2981          * PG_G.
2982          */
2983         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2984                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2985
2986         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2987         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2988                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2989                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2990                 eva = sva + NBPDR;
2991                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2992                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2993                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2994                                 vm_page_dirty(m);
2995                         if (oldpde & PG_A)
2996                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2997                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2998                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2999                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3000                 }
3001         }
3002         if (pmap == kernel_pmap) {
3003                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3004         } else {
3005                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3006                 if (mpte != NULL) {
3007                         KASSERT(vm_page_all_valid(mpte),
3008                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
3009                         pmap->pm_stats.resident_count--;
3010                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
3011                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
3012                         mpte->ref_count = 0;
3013                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3014                 }
3015         }
3016 }
3017
3018 /*
3019  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3020  */
3021 static int
3022 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
3023     struct spglist *free)
3024 {
3025         pt_entry_t oldpte;
3026         vm_page_t m;
3027
3028         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3029         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3030         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3031         KASSERT(oldpte != 0,
3032             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
3033         if (oldpte & PG_W)
3034                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3035         /*
3036          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3037          * PG_G.
3038          */
3039         if (oldpte & PG_G)
3040                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
3041         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
3042         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3043                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3044                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3045                         vm_page_dirty(m);
3046                 if (oldpte & PG_A)
3047                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3048                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3049         }
3050         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3051 }
3052
3053 /*
3054  * Remove a single page from a process address space
3055  */
3056 static void
3057 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3058 {
3059         pt_entry_t *pte;
3060
3061         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3062         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3063         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3064         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3065                 return;
3066         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3067         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3068 }
3069
3070 /*
3071  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3072  */
3073 static bool
3074 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3075     struct spglist *free)
3076 {
3077         pt_entry_t *pte;
3078         bool anyvalid;
3079
3080         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3081         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3082         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3083         anyvalid = false;
3084         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3085             sva += PAGE_SIZE) {
3086                 if (*pte == 0)
3087                         continue;
3088
3089                 /*
3090                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3091                  * pmap_remove_pte().
3092                  */
3093                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3094                         anyvalid = true;
3095
3096                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3097                         break;
3098         }
3099         return (anyvalid);
3100 }
3101
3102 /*
3103  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3104  *
3105  *      It is assumed that the start and end are properly
3106  *      rounded to the page size.
3107  */
3108 static void
3109 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3110 {
3111         vm_offset_t pdnxt;
3112         pd_entry_t ptpaddr;
3113         struct spglist free;
3114         int anyvalid;
3115
3116         /*
3117          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3118          */
3119         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3120                 return;
3121
3122         anyvalid = 0;
3123         SLIST_INIT(&free);
3124
3125         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3126         sched_pin();
3127         PMAP_LOCK(pmap);
3128
3129         /*
3130          * special handling of removing one page.  a very
3131          * common operation and easy to short circuit some
3132          * code.
3133          */
3134         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3135             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3136                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3137                 goto out;
3138         }
3139
3140         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3141                 u_int pdirindex;
3142
3143                 /*
3144                  * Calculate index for next page table.
3145                  */
3146                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3147                 if (pdnxt < sva)
3148                         pdnxt = eva;
3149                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3150                         break;
3151
3152                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3153                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3154
3155                 /*
3156                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3157                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3158                  */
3159                 if (ptpaddr == 0)
3160                         continue;
3161
3162                 /*
3163                  * Check for large page.
3164                  */
3165                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3166                         /*
3167                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3168                          * demote the mapping and fall through.
3169                          */
3170                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3171                                 /*
3172                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3173                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3174                                  */
3175                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3176                                         anyvalid = 1;
3177                                 pmap_remove_pde(pmap,
3178                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3179                                 continue;
3180                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3181                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3182                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3183                                 continue;
3184                         }
3185                 }
3186
3187                 /*
3188                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3189                  * by the current page table page, or to the end of the
3190                  * range being removed.
3191                  */
3192                 if (pdnxt > eva)
3193                         pdnxt = eva;
3194
3195                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3196                         anyvalid = 1;
3197         }
3198 out:
3199         sched_unpin();
3200         if (anyvalid)
3201                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3202         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3203         PMAP_UNLOCK(pmap);
3204         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3205 }
3206
3207 /*
3208  *      Routine:        pmap_remove_all
3209  *      Function:
3210  *              Removes this physical page from
3211  *              all physical maps in which it resides.
3212  *              Reflects back modify bits to the pager.
3213  *
3214  *      Notes:
3215  *              Original versions of this routine were very
3216  *              inefficient because they iteratively called
3217  *              pmap_remove (slow...)
3218  */
3219
3220 static void
3221 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3222 {
3223         struct md_page *pvh;
3224         pv_entry_t pv;
3225         pmap_t pmap;
3226         pt_entry_t *pte, tpte;
3227         pd_entry_t *pde;
3228         vm_offset_t va;
3229         struct spglist free;
3230
3231         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3232             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3233         SLIST_INIT(&free);
3234         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3235         sched_pin();
3236         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3237                 goto small_mappings;
3238         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3239         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3240                 va = pv->pv_va;
3241                 pmap = PV_PMAP(pv);
3242                 PMAP_LOCK(pmap);
3243                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3244                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3245                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3246         }
3247 small_mappings:
3248         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3249                 pmap = PV_PMAP(pv);
3250                 PMAP_LOCK(pmap);
3251                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3252                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3253                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3254                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3255                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3256                 tpte = pte_load_clear(pte);
3257                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3258                     pmap, pv->pv_va));
3259                 if (tpte & PG_W)
3260                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3261                 if (tpte & PG_A)
3262                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3263
3264                 /*
3265                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3266                  */
3267                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3268                         vm_page_dirty(m);
3269                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3270                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3271                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3272                 free_pv_entry(pmap, pv);
3273                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3274         }
3275         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3276         sched_unpin();
3277         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3278         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3279 }
3280
3281 /*
3282  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3283  */
3284 static boolean_t
3285 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3286 {
3287         pd_entry_t newpde, oldpde;
3288         vm_page_t m, mt;
3289         boolean_t anychanged;
3290
3291         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3292         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3293             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3294         anychanged = FALSE;
3295 retry:
3296         oldpde = newpde = *pde;
3297         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3298                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3299                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3300                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3301                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3302                                 vm_page_dirty(mt);
3303                 }
3304                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3305         }
3306 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3307         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3308                 newpde |= pg_nx;
3309 #endif
3310         if (newpde != oldpde) {
3311                 /*
3312                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3313                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3314                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3315                  */
3316                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3317                         goto retry;
3318                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3319                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3320                 else
3321                         anychanged = TRUE;
3322         }
3323         return (anychanged);
3324 }
3325
3326 /*
3327  *      Set the physical protection on the
3328  *      specified range of this map as requested.
3329  */
3330 static void
3331 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3332     vm_prot_t prot)
3333 {
3334         vm_offset_t pdnxt;
3335         pd_entry_t ptpaddr;
3336         pt_entry_t *pte;
3337         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3338
3339         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3340         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3341                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3342                 return;
3343         }
3344
3345 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3346         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3347             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3348                 return;
3349 #else
3350         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3351                 return;
3352 #endif
3353
3354         if (pmap_is_current(pmap))
3355                 pv_lists_locked = FALSE;
3356         else {
3357                 pv_lists_locked = TRUE;
3358 resume:
3359                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3360                 sched_pin();
3361         }
3362         anychanged = FALSE;
3363
3364         PMAP_LOCK(pmap);
3365         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3366                 pt_entry_t obits, pbits;
3367                 u_int pdirindex;
3368
3369                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3370                 if (pdnxt < sva)
3371                         pdnxt = eva;
3372
3373                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3374                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3375
3376                 /*
3377                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3378                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3379                  */
3380                 if (ptpaddr == 0)
3381                         continue;
3382
3383                 /*
3384                  * Check for large page.
3385                  */
3386                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3387                         /*
3388                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3389                          * demote the mapping and fall through.
3390                          */
3391                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3392                                 /*
3393                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3394                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3395                                  */
3396                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3397                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3398                                         anychanged = TRUE;
3399                                 continue;
3400                         } else {
3401                                 if (!pv_lists_locked) {
3402                                         pv_lists_locked = TRUE;
3403                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3404                                                 if (anychanged)
3405                                                         pmap_invalidate_all_int(
3406                                                             pmap);
3407                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3408                                                 goto resume;
3409                                         }
3410                                         sched_pin();
3411                                 }
3412                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3413                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3414                                         /*
3415                                          * The large page mapping was
3416                                          * destroyed.
3417                                          */
3418                                         continue;
3419                                 }
3420                         }
3421                 }
3422
3423                 if (pdnxt > eva)
3424                         pdnxt = eva;
3425
3426                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3427                     sva += PAGE_SIZE) {
3428                         vm_page_t m;
3429
3430 retry:
3431                         /*
3432                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3433                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3434                          * significant 32 bits.
3435                          */
3436                         obits = pbits = *pte;
3437                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3438                                 continue;
3439
3440                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3441                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3442                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3443                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3444                                         vm_page_dirty(m);
3445                                 }
3446                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3447                         }
3448 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3449                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3450                                 pbits |= pg_nx;
3451 #endif
3452
3453                         if (pbits != obits) {
3454 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3455                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3456                                         goto retry;
3457 #else
3458                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3459                                     pbits))
3460                                         goto retry;
3461 #endif
3462                                 if (obits & PG_G)
3463                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3464                                 else
3465                                         anychanged = TRUE;
3466                         }
3467                 }
3468         }
3469         if (anychanged)
3470                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3471         if (pv_lists_locked) {
3472                 sched_unpin();
3473                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3474         }
3475         PMAP_UNLOCK(pmap);
3476 }
3477
3478 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3479 /*
3480  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3481  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3482  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3483  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3484  * mappings must have identical characteristics.
3485  *
3486  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3487  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3488  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3489  * pmap.
3490  */
3491 static void
3492 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3493 {
3494         pd_entry_t newpde;
3495         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3496         vm_offset_t oldpteva __diagused;
3497         vm_page_t mpte;
3498
3499         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3500
3501         /*
3502          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3503          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3504          * within a 2- or 4MB page.
3505          */
3506         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3507 setpde:
3508         newpde = *firstpte;
3509         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3510                 pmap_pde_p_failures++;
3511                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3512                     " in pmap %p", va, pmap);
3513                 return;
3514         }
3515         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3516                 pmap_pde_p_failures++;
3517                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3518                     " in pmap %p", va, pmap);
3519                 return;
3520         }
3521         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3522                 /*
3523                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3524                  * a TLB invalidation.
3525                  */
3526                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3527                     ~PG_RW))  
3528                         goto setpde;
3529                 newpde &= ~PG_RW;
3530         }
3531
3532         /* 
3533          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3534          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3535          * characteristics to the first PTE.
3536          */
3537         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3538         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3539 setpte:
3540                 oldpte = *pte;
3541                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3542                         pmap_pde_p_failures++;
3543                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3544                             " in pmap %p", va, pmap);
3545                         return;
3546                 }
3547                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3548                         /*
3549                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3550                          * without a TLB invalidation.
3551                          */
3552                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3553                             oldpte & ~PG_RW))
3554                                 goto setpte;
3555                         oldpte &= ~PG_RW;
3556                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3557                             (va & ~PDRMASK);
3558                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3559                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3560                 }
3561                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3562                         pmap_pde_p_failures++;
3563                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3564                             " in pmap %p", va, pmap);
3565                         return;
3566                 }
3567                 pa -= PAGE_SIZE;
3568         }
3569
3570         /*
3571          * Save the page table page in its current state until the PDE
3572          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3573          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3574          */
3575         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3576         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3577             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3578             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3579         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3580             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3581         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3582                 pmap_pde_p_failures++;
3583                 CTR2(KTR_PMAP,
3584                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3585                     pmap);
3586                 return;
3587         }
3588
3589         /*
3590          * Promote the pv entries.
3591          */
3592         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3593                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3594
3595         /*
3596          * Propagate the PAT index to its proper position.
3597          */
3598         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3599                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3600
3601         /*
3602          * Map the superpage.
3603          */
3604         if (workaround_erratum383)
3605                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3606         else if (pmap == kernel_pmap)
3607                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3608         else
3609                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3610
3611         pmap_pde_promotions++;
3612         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3613             " in pmap %p", va, pmap);
3614 }
3615 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3616
3617 /*
3618  *      Insert the given physical page (p) at
3619  *      the specified virtual address (v) in the
3620  *      target physical map with the protection requested.
3621  *
3622  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3623  *      that the related pte can not be reclaimed.
3624  *
3625  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3626  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3627  *      insert this page into the given map NOW.
3628  */
3629 static int
3630 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3631     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3632 {
3633         pd_entry_t *pde;
3634         pt_entry_t *pte;
3635         pt_entry_t newpte, origpte;
3636         pv_entry_t pv;
3637         vm_paddr_t opa, pa;
3638         vm_page_t mpte, om;
3639         int rv;
3640
3641         va = trunc_page(va);
3642         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3643             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3644             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3645         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3646             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3647             va));
3648         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3649             !VA_IS_CLEANMAP(va),
3650             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3651         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3652                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3653         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3654             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3655         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3656         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3657         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3658                 newpte |= PG_M;
3659         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3660                 newpte |= PG_RW;
3661         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3662             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3663 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3664         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3665                 newpte |= pg_nx;
3666 #endif
3667         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3668                 newpte |= PG_W;
3669         if (pmap != kernel_pmap)
3670                 newpte |= PG_U;
3671         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3672         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3673                 newpte |= PG_MANAGED;
3674
3675         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3676         PMAP_LOCK(pmap);
3677         sched_pin();
3678         if (psind == 1) {
3679                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3680                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3681                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3682                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3683                 goto out;
3684         }
3685
3686         pde = pmap_pde(pmap, va);
3687         if (pmap != kernel_pmap) {
3688                 /*
3689                  * va is for UVA.
3690                  * In the case that a page table page is not resident,
3691                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3692                  * demotion.
3693                  */
3694                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3695                 if (mpte == NULL) {
3696                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3697                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3698                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3699                         goto out;
3700                 }
3701         } else {
3702                 /*
3703                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3704                  * to install a page table page.  PG_V is also
3705                  * asserted by pmap_demote_pde().
3706                  */
3707                 mpte = NULL;
3708                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3709                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3710                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3711                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3712                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3713         }
3714         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3715
3716         /*
3717          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3718          * happen.  We should have either allocated the page table
3719          * page or demoted the existing mapping above.
3720          */
3721         if (pte == NULL) {
3722                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3723                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3724         }
3725
3726         origpte = *pte;
3727         pv = NULL;
3728
3729         /*
3730          * Is the specified virtual address already mapped?
3731          */
3732         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3733                 /*
3734                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3735                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3736                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3737                  * the PT page will be also.
3738                  */
3739                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3740                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3741                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3742                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3743
3744                 /*
3745                  * Remove the extra PT page reference.
3746                  */
3747                 if (mpte != NULL) {
3748                         mpte->ref_count--;
3749                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3750                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3751                              " va: 0x%x", va));
3752                 }
3753
3754                 /*
3755                  * Has the physical page changed?
3756                  */
3757                 opa = origpte & PG_FRAME;
3758                 if (opa == pa) {
3759                         /*
3760                          * No, might be a protection or wiring change.
3761                          */
3762                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3763                             (newpte & PG_RW) != 0)
3764                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3765                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3766                                 goto unchanged;
3767                         goto validate;
3768                 }
3769
3770                 /*
3771                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3772                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3773                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3774                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3775                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3776                  * avoiding an allocation.
3777                  *
3778                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3779                  */
3780                 origpte = pte_load_clear(pte);
3781                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3782                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3783                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3784                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3785
3786                         /*
3787                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3788                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3789                          * pmap_ts_referenced().
3790                          */
3791                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3792                                 vm_page_dirty(om);
3793                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
3794                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3795                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3796                         }
3797                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3798                         KASSERT(pv != NULL,
3799                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3800                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3801                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3802                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3803                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3804                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3805                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3806                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3807                 } else {
3808                         /*
3809                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
3810                          * is set.
3811                          */
3812                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3813                 }
3814                 origpte = 0;
3815         } else {
3816                 /*
3817                  * Increment the counters.
3818                  */
3819                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3820                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3821                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3822         }
3823
3824         /*
3825          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3826          */
3827         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3828                 if (pv == NULL) {
3829                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3830                         pv->pv_va = va;
3831                 }
3832                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3833                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3834                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3835         }
3836
3837         /*
3838          * Update the PTE.
3839          */
3840         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3841 validate:
3842                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3843                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3844                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3845                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3846                     (PG_M | PG_RW)) {
3847                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3848                                 vm_page_dirty(m);
3849
3850                         /*
3851                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3852                          * invalidation may nonetheless be required because
3853                          * the PTE no longer has PG_M set.
3854                          */
3855                 }
3856 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3857                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3858                         /*
3859                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3860                          */
3861                         goto unchanged;
3862                 }
3863 #endif
3864                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3865                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3866         } else
3867                 pte_store_zero(pte, newpte);
3868
3869 unchanged:
3870
3871 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3872         /*
3873          * If both the page table page and the reservation are fully
3874          * populated, then attempt promotion.
3875          */
3876         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
3877             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3878             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3879                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3880 #endif
3881
3882         rv = KERN_SUCCESS;
3883 out:
3884         sched_unpin();
3885         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3886         PMAP_UNLOCK(pmap);
3887         return (rv);
3888 }
3889
3890 /*
3891  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3892  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3893  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3894  * reclaiming another PV entry.
3895  */
3896 static bool
3897 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3898 {
3899         pd_entry_t newpde;
3900
3901         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3902         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3903             PG_PS | PG_V;
3904         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3905                 newpde |= PG_MANAGED;
3906 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3907         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3908                 newpde |= pg_nx;
3909 #endif
3910         if (pmap != kernel_pmap)
3911                 newpde |= PG_U;
3912         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3913             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3914             KERN_SUCCESS);
3915 }
3916
3917 /*
3918  * Returns true if every page table entry in the page table page that maps
3919  * the specified kernel virtual address is zero.
3920  */
3921 static bool
3922 pmap_every_pte_zero(vm_offset_t va)
3923 {
3924         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3925
3926         KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("va is misaligned"));
3927         pte = vtopte(va);
3928         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
3929                 if (*pte != 0)
3930                         return (false);
3931         }
3932         return (true);
3933 }
3934
3935 /*
3936  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3937  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3938  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3939  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3940  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3941  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3942  *
3943  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3944  */
3945 static int
3946 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3947     vm_page_t m)
3948 {
3949         struct spglist free;
3950         pd_entry_t oldpde, *pde;
3951         vm_page_t mt;
3952
3953         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3954         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3955             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3956         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3957             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3958         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3959         pde = pmap_pde(pmap, va);
3960         oldpde = *pde;
3961         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3962                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (pmap !=
3963                     kernel_pmap || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
3964                     !pmap_every_pte_zero(va))) {
3965                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3966                             " in pmap %p", va, pmap);
3967                         return (KERN_FAILURE);
3968                 }
3969                 /* Break the existing mapping(s). */
3970                 SLIST_INIT(&free);
3971                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3972                         /*
3973                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3974                          * reserved PT page could be freed.
3975                          */
3976                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3977                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3978                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3979                 } else {
3980                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3981                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3982                 }
3983                 if (pmap != kernel_pmap) {
3984                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3985                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3986                             pde));
3987                 } else {
3988                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3989                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
3990
3991                         /*
3992                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
3993                          * leave the kernel page table page zero filled.
3994                          */
3995                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3996                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3997                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
3998                 }
3999         }
4000         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4001                 /*
4002                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4003                  */
4004                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
4005                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4006                             " in pmap %p", va, pmap);
4007                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4008                 }
4009                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4010                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4011                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4012                 }
4013         }
4014
4015         /*
4016          * Increment counters.
4017          */
4018         if ((newpde & PG_W) != 0)
4019                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4020         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4021
4022         /*
4023          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4024          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4025          */
4026         pde_store(pde, newpde);
4027
4028         pmap_pde_mappings++;
4029         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4030             va, pmap);
4031         return (KERN_SUCCESS);
4032 }
4033
4034 /*
4035  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4036  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4037  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4038  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4039  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4040  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4041  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4042  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4043  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4044  * corresponding offset from m_start are mapped.
4045  */
4046 static void
4047 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4048     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4049 {
4050         vm_offset_t va;
4051         vm_page_t m, mpte;
4052         vm_pindex_t diff, psize;
4053
4054         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4055
4056         psize = atop(end - start);
4057         mpte = NULL;
4058         m = m_start;
4059         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4060         PMAP_LOCK(pmap);
4061         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4062                 va = start + ptoa(diff);
4063                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4064                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
4065                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
4066                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4067                 else
4068                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4069                             mpte);
4070                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4071         }
4072         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4073         PMAP_UNLOCK(pmap);
4074 }
4075
4076 /*
4077  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4078  * 1. Current pmap & pmap exists.
4079  * 2. Not wired.
4080  * 3. Read access.
4081  * 4. No page table pages.
4082  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4083  */
4084
4085 static void
4086 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4087     vm_prot_t prot)
4088 {
4089
4090         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4091         PMAP_LOCK(pmap);
4092         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4093         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4094         PMAP_UNLOCK(pmap);
4095 }
4096
4097 static vm_page_t
4098 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4099     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4100 {
4101         pt_entry_t newpte, *pte;
4102
4103         KASSERT(pmap != kernel_pmap || !VA_IS_CLEANMAP(va) ||
4104             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4105             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4106         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4107         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4108
4109         /*
4110          * In the case that a page table page is not
4111          * resident, we are creating it here.
4112          */
4113         if (pmap != kernel_pmap) {
4114                 u_int ptepindex;
4115                 pd_entry_t ptepa;
4116
4117                 /*
4118                  * Calculate pagetable page index
4119                  */
4120                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4121                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4122                         mpte->ref_count++;
4123                 } else {
4124                         /*
4125                          * Get the page directory entry
4126                          */
4127                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4128
4129                         /*
4130                          * If the page table page is mapped, we just increment
4131                          * the hold count, and activate it.
4132                          */
4133                         if (ptepa) {
4134                                 if (ptepa & PG_PS)
4135                                         return (NULL);
4136                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4137                                 mpte->ref_count++;
4138                         } else {
4139                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4140                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4141                                 if (mpte == NULL)
4142                                         return (mpte);
4143                         }
4144                 }
4145         } else {
4146                 mpte = NULL;
4147         }
4148
4149         sched_pin();
4150         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4151         if (*pte) {
4152                 if (mpte != NULL)
4153                         mpte->ref_count--;
4154                 sched_unpin();
4155                 return (NULL);
4156         }
4157
4158         /*
4159          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4160          */
4161         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4162             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4163                 if (mpte != NULL)
4164                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4165                 sched_unpin();
4166                 return (NULL);
4167         }
4168
4169         /*
4170          * Increment counters
4171          */
4172         pmap->pm_stats.resident_count++;
4173
4174         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4175             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4176         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4177                 newpte |= PG_MANAGED;
4178 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4179         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4180                 newpte |= pg_nx;
4181 #endif
4182         if (pmap != kernel_pmap)
4183                 newpte |= PG_U;
4184         pte_store_zero(pte, newpte);
4185         sched_unpin();
4186         return (mpte);
4187 }
4188
4189 /*
4190  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4191  * to be used for panic dumps.
4192  */
4193 static void *
4194 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4195 {
4196         vm_offset_t va;
4197
4198         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4199         pmap_kenter(va, pa);
4200         invlpg(va);
4201         return ((void *)crashdumpmap);
4202 }
4203
4204 /*
4205  * This code maps large physical mmap regions into the
4206  * processor address space.  Note that some shortcuts
4207  * are taken, but the code works.
4208  */
4209 static void
4210 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4211     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4212 {
4213         pd_entry_t *pde;
4214         vm_paddr_t pa, ptepa;
4215         vm_page_t p;
4216         int pat_mode;
4217
4218         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4219         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4220             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4221         if (pg_ps_enabled &&
4222             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4223                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4224                         return;
4225                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4226                 KASSERT(vm_page_all_valid(p),
4227                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4228                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4229
4230                 /*
4231                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4232                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4233                  */
4234                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4235                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4236                         return;
4237
4238                 /*
4239                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4240                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4241                  * memory attributes.
4242                  */
4243                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4244                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4245                     pa += PAGE_SIZE) {
4246                         KASSERT(vm_page_all_valid(p),
4247                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4248                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4249                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4250                                 return;
4251                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4252                 }
4253
4254                 /*
4255                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4256                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4257                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4258                  */
4259                 PMAP_LOCK(pmap);
4260                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4261                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4262                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4263                         if (*pde == 0) {
4264                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4265                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4266                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4267                                     PAGE_SIZE;
4268                                 pmap_pde_mappings++;
4269                         }
4270                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4271                         addr += NBPDR;
4272                 }
4273                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4274         }
4275 }
4276
4277 /*
4278  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4279  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4280  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4281  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4282  *
4283  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4284  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4285  */
4286 static void
4287 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4288 {
4289         vm_offset_t pdnxt;
4290         pd_entry_t *pde;
4291         pt_entry_t *pte;
4292         boolean_t pv_lists_locked;
4293
4294         if (pmap_is_current(pmap))
4295                 pv_lists_locked = FALSE;
4296         else {
4297                 pv_lists_locked = TRUE;
4298 resume:
4299                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4300                 sched_pin();
4301         }
4302         PMAP_LOCK(pmap);
4303         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4304                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4305                 if (pdnxt < sva)
4306                         pdnxt = eva;
4307                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4308                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4309                         continue;
4310                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4311                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4312                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4313                                     (uintmax_t)*pde);
4314
4315                         /*
4316                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4317                          * demote the mapping and fall through.
4318                          */
4319                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4320                                 /*
4321                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4322                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4323                                  * significant 32 bits.
4324                                  */
4325                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4326                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4327                                     PAGE_SIZE;
4328                                 continue;
4329                         } else {
4330                                 if (!pv_lists_locked) {
4331                                         pv_lists_locked = TRUE;
4332                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4333                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4334                                                 /* Repeat sva. */
4335                                                 goto resume;
4336                                         }
4337                                         sched_pin();
4338                                 }
4339                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4340                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4341                         }
4342                 }
4343                 if (pdnxt > eva)
4344                         pdnxt = eva;
4345                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4346                     sva += PAGE_SIZE) {
4347                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4348                                 continue;
4349                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4350                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4351                                     (uintmax_t)*pte);
4352
4353                         /*
4354                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4355                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4356                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4357                          *
4358                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4359                          */
4360                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4361                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4362                 }
4363         }
4364         if (pv_lists_locked) {
4365                 sched_unpin();
4366                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4367         }
4368         PMAP_UNLOCK(pmap);
4369 }
4370
4371 /*
4372  *      Copy the range specified by src_addr/len
4373  *      from the source map to the range dst_addr/len
4374  *      in the destination map.
4375  *
4376  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4377  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4378  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4379  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4380  *      world.
4381  */
4382
4383 static void
4384 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4385     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4386 {
4387         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4388         pd_entry_t srcptepaddr;
4389         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4390         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4391         u_int ptepindex;
4392
4393         if (dst_addr != src_addr)
4394                 return;
4395
4396         end_addr = src_addr + len;
4397
4398         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4399         if (dst_pmap < src_pmap) {
4400                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4401                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4402         } else {
4403                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4404                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4405         }
4406         sched_pin();
4407         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4408                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4409                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4410
4411                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4412                 if (pdnxt < addr)
4413                         pdnxt = end_addr;
4414                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4415
4416                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4417                 if (srcptepaddr == 0)
4418                         continue;
4419
4420                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4421                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4422                                 continue;
4423                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4424                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4425                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4426                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4427                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4428                                     ~PG_W;
4429                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4430                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4431                                 pmap_pde_mappings++;
4432                         }
4433                         continue;
4434                 }
4435
4436                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4437                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4438                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4439
4440                 if (pdnxt > end_addr)
4441                         pdnxt = end_addr;
4442
4443                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4444                 while (addr < pdnxt) {
4445                         ptetemp = *src_pte;
4446                         /*
4447                          * we only virtual copy managed pages
4448                          */
4449                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4450                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4451                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4452                                 if (dstmpte == NULL)
4453                                         goto out;
4454                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4455                                 if (*dst_pte == 0 &&
4456                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4457                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4458                                         /*
4459                                          * Clear the wired, modified, and
4460                                          * accessed (referenced) bits
4461                                          * during the copy.
4462                                          */
4463                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4464                                             PG_A);
4465                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4466                                 } else {
4467                                         pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4468                                         goto out;
4469                                 }
4470                                 if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4471                                         break;
4472                         }
4473                         addr += PAGE_SIZE;
4474                         src_pte++;
4475                 }
4476         }
4477 out:
4478         sched_unpin();
4479         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4480         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4481         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4482 }
4483
4484 /*
4485  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4486  */
4487 static __inline void
4488 pagezero(void *page)
4489 {
4490 #if defined(I686_CPU)
4491         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4492                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4493                         sse2_pagezero(page);
4494                 else
4495                         i686_pagezero(page);
4496         } else
4497 #endif
4498                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4499 }
4500
4501 /*
4502  * Zero the specified hardware page.
4503  */
4504 static void
4505 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4506 {
4507         pt_entry_t *cmap_pte2;
4508         struct pcpu *pc;
4509
4510         sched_pin();
4511         pc = get_pcpu();
4512         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4513         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4514         if (*cmap_pte2)
4515                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4516         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4517             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4518         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4519         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4520         *cmap_pte2 = 0;
4521
4522         /*
4523          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4524          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4525          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4526          */
4527         sched_unpin();
4528         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4529 }
4530
4531 /*
4532  * Zero an area within a single hardware page.  off and size must not
4533  * cover an area beyond a single hardware page.
4534  */
4535 static void
4536 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4537 {
4538         pt_entry_t *cmap_pte2;
4539         struct pcpu *pc;
4540
4541         sched_pin();
4542         pc = get_pcpu();
4543         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4544         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4545         if (*cmap_pte2)
4546                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4547         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4548             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4549         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4550         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4551                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4552         else
4553                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4554         *cmap_pte2 = 0;
4555         sched_unpin();
4556         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4557 }
4558
4559 /*
4560  * Copy 1 specified hardware page to another.
4561  */
4562 static void
4563 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4564 {
4565         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4566         struct pcpu *pc;
4567
4568         sched_pin();
4569         pc = get_pcpu();
4570         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4571         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4572         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4573         if (*cmap_pte1)
4574                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4575         if (*cmap_pte2)
4576                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4577         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4578             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4579         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4580         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4581             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4582         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4583         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4584         *cmap_pte1 = 0;
4585         *cmap_pte2 = 0;
4586         sched_unpin();
4587         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4588 }
4589
4590 static void
4591 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4592     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4593 {
4594         vm_page_t a_pg, b_pg;
4595         char *a_cp, *b_cp;
4596         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4597         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4598         struct pcpu *pc;
4599         int cnt;
4600
4601         sched_pin();
4602         pc = get_pcpu();
4603         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4604         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4605         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4606         if (*cmap_pte1 != 0)
4607                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4608         if (*cmap_pte2 != 0)
4609                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4610         while (xfersize > 0) {
4611                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4612                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4613                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4614                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4615                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4616                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4617                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4618                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4619                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4620                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4621                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4622                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4623                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4624                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4625                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4626                 a_offset += cnt;
4627                 b_offset += cnt;
4628                 xfersize -= cnt;
4629         }
4630         *cmap_pte1 = 0;
4631         *cmap_pte2 = 0;
4632         sched_unpin();
4633         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4634 }
4635
4636 /*
4637  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4638  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4639  * be changed upwards or downwards in the future; it
4640  * is only necessary that true be returned for a small
4641  * subset of pmaps for proper page aging.
4642  */
4643 static boolean_t
4644 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4645 {
4646         struct md_page *pvh;
4647         pv_entry_t pv;
4648         int loops = 0;
4649         boolean_t rv;
4650
4651         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4652             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4653         rv = FALSE;
4654         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4655         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4656                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4657                         rv = TRUE;
4658                         break;
4659                 }
4660                 loops++;
4661                 if (loops >= 16)
4662                         break;
4663         }
4664         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4665                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4666                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4667                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4668                                 rv = TRUE;
4669                                 break;
4670                         }
4671                         loops++;
4672                         if (loops >= 16)
4673                                 break;
4674                 }
4675         }
4676         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4677         return (rv);
4678 }
4679
4680 /*
4681  *      pmap_page_wired_mappings:
4682  *
4683  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4684  *      that are wired.
4685  */
4686 static int
4687 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4688 {
4689         int count;
4690
4691         count = 0;
4692         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4693                 return (count);
4694         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4695         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4696         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4697             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4698                 count);
4699         }
4700         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4701         return (count);
4702 }
4703
4704 /*
4705  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4706  *
4707  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4708  */
4709 static int
4710 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4711 {
4712         pmap_t pmap;
4713         pt_entry_t *pte;
4714         pv_entry_t pv;
4715
4716         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4717         sched_pin();
4718         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4719                 pmap = PV_PMAP(pv);
4720                 PMAP_LOCK(pmap);
4721                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4722                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4723                         count++;
4724                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4725         }
4726         sched_unpin();
4727         return (count);
4728 }
4729
4730 /*
4731  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4732  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4733  */
4734 static boolean_t
4735 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4736 {
4737         boolean_t rv;
4738
4739         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4740                 return (FALSE);
4741         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4742         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4743             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4744             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4745         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4746         return (rv);
4747 }
4748
4749 /*
4750  * Remove all pages from specified address space
4751  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4752  * is special cased for current process only, but
4753  * can have the more generic (and slightly slower)
4754  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4755  * in the case of running down an entire address space.
4756  */
4757 static void
4758 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4759 {
4760         pt_entry_t *pte, tpte;
4761         vm_page_t m, mpte, mt;
4762         pv_entry_t pv;
4763         struct md_page *pvh;
4764         struct pv_chunk *pc, *npc;
4765         struct spglist free;
4766         int field, idx;
4767         int32_t bit;
4768         uint32_t inuse, bitmask;
4769         int allfree;
4770
4771         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4772                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4773                 return;
4774         }
4775         SLIST_INIT(&free);
4776         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4777         PMAP_LOCK(pmap);
4778         sched_pin();
4779         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4780                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4781                     pc->pc_pmap));
4782                 allfree = 1;
4783                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4784                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4785                         while (inuse != 0) {
4786                                 bit = bsfl(inuse);
4787                                 bitmask = 1UL << bit;
4788                                 idx = field * 32 + bit;
4789                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4790                                 inuse &= ~bitmask;
4791
4792                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4793                                 tpte = *pte;
4794                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4795                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4796                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4797                                 }
4798
4799                                 if (tpte == 0) {
4800                                         printf(
4801                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4802                                             pte, pv->pv_va);
4803                                         panic("bad pte");
4804                                 }
4805
4806 /*
4807  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4808  */
4809                                 if (tpte & PG_W) {
4810                                         allfree = 0;
4811                                         continue;
4812                                 }
4813
4814                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4815                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4816                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4817                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4818                                     (uintmax_t)tpte));
4819
4820                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4821                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4822                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4823                                     (uintmax_t)tpte));
4824
4825                                 pte_clear(pte);
4826
4827                                 /*
4828                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4829                                  */
4830                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4831                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4832                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4833                                                         vm_page_dirty(mt);
4834                                         } else
4835                                                 vm_page_dirty(m);
4836                                 }
4837
4838                                 /* Mark free */
4839                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4840                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4841                                 pv_entry_count--;
4842                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4843                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4844                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4845                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4846                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4847                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4848                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4849                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4850                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4851                                         }
4852                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4853                                         if (mpte != NULL) {
4854                                                 KASSERT(vm_page_all_valid(mpte),
4855                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4856                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4857                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
4858                                                     ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
4859                                                 mpte->ref_count = 0;
4860                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4861                                         }
4862                                 } else {
4863                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4864                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4865                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4866                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4867                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4868                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4869                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4870                                         }
4871                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4872                                 }
4873                         }
4874                 }
4875                 if (allfree) {
4876                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4877                         free_pv_chunk(pc);
4878                 }
4879         }
4880         sched_unpin();
4881         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4882         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4883         PMAP_UNLOCK(pmap);
4884         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4885 }
4886
4887 /*
4888  *      pmap_is_modified:
4889  *
4890  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4891  *      in any physical maps.
4892  */
4893 static boolean_t
4894 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4895 {
4896         boolean_t rv;
4897
4898         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4899             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4900
4901         /*
4902          * If the page is not busied then this check is racy.
4903          */
4904         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4905                 return (FALSE);
4906         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4907         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4908             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4909             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4910         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4911         return (rv);
4912 }
4913
4914 /*
4915  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4916  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4917  * mappings are supported.
4918  */
4919 static boolean_t
4920 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4921 {
4922         pv_entry_t pv;
4923         pt_entry_t *pte;
4924         pmap_t pmap;
4925         boolean_t rv;
4926
4927         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4928         rv = FALSE;
4929         sched_pin();
4930         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4931                 pmap = PV_PMAP(pv);
4932                 PMAP_LOCK(pmap);
4933                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4934                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4935                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4936                 if (rv)
4937                         break;
4938         }
4939         sched_unpin();
4940         return (rv);
4941 }
4942
4943 /*
4944  *      pmap_is_prefaultable:
4945  *
4946  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4947  *      for prefault.
4948  */
4949 static boolean_t
4950 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4951 {
4952         pd_entry_t pde;
4953         boolean_t rv;
4954
4955         rv = FALSE;
4956         PMAP_LOCK(pmap);
4957         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4958         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4959                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4960         PMAP_UNLOCK(pmap);
4961         return (rv);
4962 }
4963
4964 /*
4965  *      pmap_is_referenced:
4966  *
4967  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4968  *      in any physical maps.
4969  */
4970 static boolean_t
4971 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4972 {
4973         boolean_t rv;
4974
4975         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4976             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4977         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4978         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4979             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4980             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4981         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4982         return (rv);
4983 }
4984
4985 /*
4986  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4987  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4988  */
4989 static boolean_t
4990 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4991 {
4992         pv_entry_t pv;
4993         pt_entry_t *pte;
4994         pmap_t pmap;
4995         boolean_t rv;
4996
4997         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4998         rv = FALSE;
4999         sched_pin();
5000         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5001                 pmap = PV_PMAP(pv);
5002                 PMAP_LOCK(pmap);
5003                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5004                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
5005                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5006                 if (rv)
5007                         break;
5008         }
5009         sched_unpin();
5010         return (rv);
5011 }
5012
5013 /*
5014  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5015  */
5016 static void
5017 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
5018 {
5019         struct md_page *pvh;
5020         pv_entry_t next_pv, pv;
5021         pmap_t pmap;
5022         pd_entry_t *pde;
5023         pt_entry_t oldpte, *pte;
5024         vm_offset_t va;
5025
5026         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5027             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5028         vm_page_assert_busied(m);
5029
5030         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5031                 return;
5032         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5033         sched_pin();
5034         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5035                 goto small_mappings;
5036         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5037         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5038                 va = pv->pv_va;
5039                 pmap = PV_PMAP(pv);
5040                 PMAP_LOCK(pmap);
5041                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5042                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5043                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
5044                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5045         }
5046 small_mappings:
5047         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5048                 pmap = PV_PMAP(pv);
5049                 PMAP_LOCK(pmap);
5050                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5051                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5052                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5053                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5054 retry:
5055                 oldpte = *pte;
5056                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5057                         /*
5058                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5059                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5060                          * significant 32 bits.
5061                          */
5062                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5063                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5064                                 goto retry;
5065                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5066                                 vm_page_dirty(m);
5067                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5068                 }
5069                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5070         }
5071         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5072         sched_unpin();
5073         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5074 }
5075
5076 /*
5077  *      pmap_ts_referenced:
5078  *
5079  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5080  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5081  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5082  *      reference bits set.
5083  *
5084  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5085  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5086  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5087  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5088  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5089  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5090  *      to pmap_is_modified().
5091  */
5092 static int
5093 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5094 {
5095         struct md_page *pvh;
5096         pv_entry_t pv, pvf;
5097         pmap_t pmap;
5098         pd_entry_t *pde;
5099         pt_entry_t *pte;
5100         vm_paddr_t pa;
5101         int rtval = 0;
5102
5103         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5104             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5105         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5106         pvh = pa_to_pvh(pa);
5107         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5108         sched_pin();
5109         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5110             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5111                 goto small_mappings;
5112         pv = pvf;
5113         do {
5114                 pmap = PV_PMAP(pv);
5115                 PMAP_LOCK(pmap);
5116                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5117                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5118                         /*
5119                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5120                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5121                          * we only update the 4KB page under test.
5122                          */
5123                         vm_page_dirty(m);
5124                 }
5125                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5126                         /*
5127                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5128                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5129                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5130                          * on the physical page number, the virtual superpage
5131                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5132                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5133                          * reference bit will result in clearing that bit.
5134                          * This function is designed to avoid the selection of
5135                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5136                          *
5137                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5138                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5139                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5140                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5141                          * since the superpage is wired, the current state of
5142                          * its reference bit won't affect page replacement.
5143                          */
5144                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5145                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5146                             (*pde & PG_W) == 0) {
5147                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5148                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5149                         }
5150                         rtval++;
5151                 }
5152                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5153                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5154                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5155                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5156                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5157                 }
5158                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5159                         goto out;
5160         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5161 small_mappings:
5162         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5163                 goto out;
5164         pv = pvf;
5165         do {
5166                 pmap = PV_PMAP(pv);
5167                 PMAP_LOCK(pmap);
5168                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5169                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5170                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5171                     m));
5172                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5173                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5174                         vm_page_dirty(m);
5175                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5176                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5177                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5178                         rtval++;
5179                 }
5180                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5181                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5182                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5183                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5184                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5185                 }
5186         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5187             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5188 out:
5189         sched_unpin();
5190         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5191         return (rtval);
5192 }
5193
5194 /*
5195  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5196  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5197  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5198  */
5199 static void
5200 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5201     int advice)
5202 {
5203         pd_entry_t oldpde, *pde;
5204         pt_entry_t *pte;
5205         vm_offset_t va, pdnxt;
5206         vm_page_t m;
5207         bool anychanged, pv_lists_locked;
5208
5209         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5210                 return;
5211         if (pmap_is_current(pmap))
5212                 pv_lists_locked = false;
5213         else {
5214                 pv_lists_locked = true;
5215 resume:
5216                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5217                 sched_pin();
5218         }
5219         anychanged = false;
5220         PMAP_LOCK(pmap);
5221         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5222                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5223                 if (pdnxt < sva)
5224                         pdnxt = eva;
5225                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5226                 oldpde = *pde;
5227                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5228                         continue;
5229                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5230                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5231                                 continue;
5232                         if (!pv_lists_locked) {
5233                                 pv_lists_locked = true;
5234                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5235                                         if (anychanged)
5236                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5237                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5238                                         goto resume;
5239                                 }
5240                                 sched_pin();
5241                         }
5242                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5243                                 /*
5244                                  * The large page mapping was destroyed.
5245                                  */
5246                                 continue;
5247                         }
5248
5249                         /*
5250                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5251                          * mapping to a single page so that a subsequent
5252                          * access may repromote.  Choosing the last page
5253                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5254                          * generally results in more repromotions.  Since the
5255                          * underlying page table page is fully populated, this
5256                          * removal never frees a page table page.
5257                          */
5258                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5259                                 va = eva;
5260                                 if (va > pdnxt)
5261                                         va = pdnxt;
5262                                 va -= PAGE_SIZE;
5263                                 KASSERT(va >= sva,
5264                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5265                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5266                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5267                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5268                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5269                                 anychanged = true;
5270                         }
5271                 }
5272                 if (pdnxt > eva)
5273                         pdnxt = eva;
5274                 va = pdnxt;
5275                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5276                     sva += PAGE_SIZE) {
5277                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5278                                 goto maybe_invlrng;
5279                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5280                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5281                                         /*
5282                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5283                                          * can be avoided by making the page
5284                                          * dirty now.
5285                                          */
5286                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5287                                         vm_page_dirty(m);
5288                                 }
5289                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5290                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5291                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5292                         else
5293                                 goto maybe_invlrng;
5294                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5295                                 if (va == pdnxt)
5296                                         va = sva;
5297                         } else
5298                                 anychanged = true;
5299                         continue;
5300 maybe_invlrng:
5301                         if (va != pdnxt) {
5302                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5303                                 va = pdnxt;
5304                         }
5305                 }
5306                 if (va != pdnxt)
5307                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5308         }
5309         if (anychanged)
5310                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5311         if (pv_lists_locked) {
5312                 sched_unpin();
5313                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5314         }
5315         PMAP_UNLOCK(pmap);
5316 }
5317
5318 /*
5319  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5320  */
5321 static void
5322 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5323 {
5324         struct md_page *pvh;
5325         pv_entry_t next_pv, pv;
5326         pmap_t pmap;
5327         pd_entry_t oldpde, *pde;
5328         pt_entry_t *pte;
5329         vm_offset_t va;
5330
5331         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5332             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5333         vm_page_assert_busied(m);
5334
5335         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5336                 return;
5337         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5338         sched_pin();
5339         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5340                 goto small_mappings;
5341         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5342         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5343                 va = pv->pv_va;
5344                 pmap = PV_PMAP(pv);
5345                 PMAP_LOCK(pmap);
5346                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5347                 oldpde = *pde;
5348                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5349                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5350                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5351                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5352                         /*
5353                          * Write protect the mapping to a single page so that
5354                          * a subsequent write access may repromote.
5355                          */
5356                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5357                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5358                         /*
5359                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5360                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5361                          * significant 32 bits.
5362                          */
5363                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5364                         vm_page_dirty(m);
5365                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5366                 }
5367                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5368         }
5369 small_mappings:
5370         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5371                 pmap = PV_PMAP(pv);
5372                 PMAP_LOCK(pmap);
5373                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5374                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5375                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5376                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5377                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5378                         /*
5379                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5380                          * in size, PG_M is among the least significant
5381                          * 32 bits. 
5382                          */
5383                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5384                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5385                 }
5386                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5387         }
5388         sched_unpin();
5389         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5390 }
5391
5392 /*
5393  * Miscellaneous support routines follow
5394  */
5395
5396 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5397 static __inline void
5398 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5399 {
5400         u_int opte, npte;
5401
5402         /*
5403          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5404          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5405          */
5406         do {
5407                 opte = *(u_int *)pte;
5408                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5409                 npte |= cache_bits;
5410         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5411 }
5412
5413 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5414 static __inline void
5415 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5416 {
5417         u_int opde, npde;
5418
5419         /*
5420          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5421          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5422          */
5423         do {
5424                 opde = *(u_int *)pde;
5425                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5426                 npde |= cache_bits;
5427         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5428 }
5429
5430 /*
5431  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5432  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5433  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5434  * NOT real memory.
5435  */
5436 static void *
5437 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5438     int flags)
5439 {
5440         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5441         vm_offset_t va, offset;
5442         vm_page_t m;
5443         vm_size_t tmpsize;
5444         int i;
5445
5446         offset = pa & PAGE_MASK;
5447         size = round_page(offset + size);
5448         pa = pa & PG_FRAME;
5449
5450         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5451                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5452                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5453                         return ((void *)(va + offset));
5454         } else if (!pmap_initialized) {
5455                 va = 0;
5456                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5457                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5458                         if (ppim->va == 0) {
5459                                 ppim->pa = pa;
5460                                 ppim->sz = size;
5461                                 ppim->mode = mode;
5462                                 ppim->va = virtual_avail;
5463                                 virtual_avail += size;
5464                                 va = ppim->va;
5465                                 break;
5466                         }
5467                 }
5468                 if (va == 0)
5469                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5470         } else {
5471                 /*
5472                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5473                  */
5474                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5475                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5476                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5477                             (ppim->mode == mode ||
5478                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5479                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5480                 }
5481                 va = kva_alloc(size);
5482                 if (va == 0)
5483                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5484         }
5485         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5486                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5487                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5488                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5489                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5490                                     m->md.pat_mode);
5491                                 continue;
5492                         }
5493                 }
5494                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5495         }
5496         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5497         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5498         return ((void *)(va + offset));
5499 }
5500
5501 static void
5502 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5503 {
5504         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5505         vm_offset_t offset;
5506         int i;
5507
5508         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5509                 return;
5510         offset = va & PAGE_MASK;
5511         size = round_page(offset + size);
5512         va = trunc_page(va);
5513         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5514                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5515                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5516                         if (pmap_initialized)
5517                                 return;
5518                         ppim->pa = 0;
5519                         ppim->va = 0;
5520                         ppim->sz = 0;
5521                         ppim->mode = 0;
5522                         if (va + size == virtual_avail)
5523                                 virtual_avail = va;
5524                         return;
5525                 }
5526         }
5527         if (pmap_initialized) {
5528                 pmap_qremove(va, atop(size));
5529                 kva_free(va, size);
5530         }
5531 }
5532
5533 /*
5534  * Sets the memory attribute for the specified page.
5535  */
5536 static void
5537 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5538 {
5539
5540         m->md.pat_mode = ma;
5541         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5542                 return;
5543
5544         /*
5545          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5546          * See pmap_invalidate_cache_range().
5547          *
5548          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5549          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5550          * flushes the cache.
5551          */    
5552         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5553                 return;
5554
5555         /*
5556          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5557          * support self snoop, map the page transient and do
5558          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5559          * pmap_invalidate_cache_range().
5560          */
5561         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5562                 pmap_flush_page(m);
5563 }
5564
5565 static void
5566 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5567 {
5568         pt_entry_t *cmap_pte2;
5569         struct pcpu *pc;
5570         vm_offset_t sva, eva;
5571         bool useclflushopt;
5572
5573         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5574         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5575                 sched_pin();
5576                 pc = get_pcpu();
5577                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5578                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5579                 if (*cmap_pte2)
5580                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5581                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5582                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5583                     0);
5584                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5585                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5586                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5587
5588                 /*
5589                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5590                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5591                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5592                  * any other instruction.
5593                  */
5594                 if (useclflushopt)
5595                         sfence();
5596                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5597                         mfence();
5598                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5599                         if (useclflushopt)
5600                                 clflushopt(sva);
5601                         else
5602                                 clflush(sva);
5603                 }
5604                 if (useclflushopt)
5605                         sfence();
5606                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5607                         mfence();
5608                 *cmap_pte2 = 0;
5609                 sched_unpin();
5610                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5611         } else
5612                 pmap_invalidate_cache();
5613 }
5614
5615 /*
5616  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5617  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5618  * completely contained within either the kernel map.
5619  *
5620  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5621  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5622  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5623  * there was insufficient memory available to complete the change.
5624  */
5625 static int
5626 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5627 {
5628         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5629         pd_entry_t *pde;
5630         pt_entry_t *pte;
5631         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5632         boolean_t changed;
5633
5634         base = trunc_page(va);
5635         offset = va & PAGE_MASK;
5636         size = round_page(offset + size);
5637
5638         /*
5639          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5640          */
5641         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5642                 return (EINVAL);
5643
5644         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5645         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5646         changed = FALSE;
5647
5648         /*
5649          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5650          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5651          */
5652         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5653         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5654                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5655                 if (*pde == 0) {
5656                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5657                         return (EINVAL);
5658                 }
5659                 if (*pde & PG_PS) {
5660                         /*
5661                          * If the current 2/4MB page already has
5662                          * the required memory type, then we need not
5663                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5664                          * the next 2/4MB page frame.
5665                          */
5666                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5667                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5668                                 continue;
5669                         }
5670
5671                         /*
5672                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5673                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5674                          * within the range, then we need not break
5675                          * down this page into 4KB pages.
5676                          */
5677                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5678                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5679                                 tmpva += NBPDR;
5680                                 continue;
5681                         }
5682                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5683                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5684                                 return (ENOMEM);
5685                         }
5686                 }
5687                 pte = vtopte(tmpva);
5688                 if (*pte == 0) {
5689                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5690                         return (EINVAL);
5691                 }
5692                 tmpva += PAGE_SIZE;
5693         }
5694         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5695
5696         /*
5697          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5698          * cache mode if required.
5699          */
5700         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5701                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5702                 if (*pde & PG_PS) {
5703                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5704                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5705                                 changed = TRUE;
5706                         }
5707                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5708                 } else {
5709                         pte = vtopte(tmpva);
5710                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5711                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5712                                 changed = TRUE;
5713                         }
5714                         tmpva += PAGE_SIZE;
5715                 }
5716         }
5717
5718         /*
5719          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5720          * shouldn't be, etc.
5721          */
5722         if (changed) {
5723                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5724                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5725         }
5726         return (0);
5727 }
5728
5729 /*
5730  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5731  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5732  * find other mappings.
5733  */
5734 static int
5735 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5736 {
5737         pd_entry_t pde;
5738         pt_entry_t pte;
5739         vm_paddr_t pa;
5740         int val;
5741
5742         PMAP_LOCK(pmap);
5743         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5744         if (pde != 0) {
5745                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5746                         pte = pde;
5747                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5748                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5749                             PG_FRAME;
5750                         val = MINCORE_PSIND(1);
5751                 } else {
5752                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5753                         pa = pte & PG_FRAME;
5754                         val = 0;
5755                 }
5756         } else {
5757                 pte = 0;
5758                 pa = 0;
5759                 val = 0;
5760         }
5761         if ((pte & PG_V) != 0) {
5762                 val |= MINCORE_INCORE;
5763                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5764                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5765                 if ((pte & PG_A) != 0)
5766                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5767         }
5768         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5769             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5770             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5771                 *pap = pa;
5772         }
5773         PMAP_UNLOCK(pmap);
5774         return (val);
5775 }
5776
5777 static void
5778 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5779 {
5780         pmap_t  pmap, oldpmap;
5781         u_int   cpuid;
5782         u_int32_t  cr3;
5783
5784         critical_enter();
5785         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5786         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5787         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5788 #if defined(SMP)
5789         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5790         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5791 #else
5792         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5793         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5794 #endif
5795 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5796         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5797 #else
5798         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5799 #endif
5800         /*
5801          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5802          */
5803         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5804         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5805         critical_exit();
5806 }
5807
5808 static void
5809 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5810 {
5811         u_int cpuid;
5812
5813         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5814 #if defined(SMP)
5815         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5816 #else
5817         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5818 #endif
5819         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5820 }
5821
5822 /*
5823  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5824  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5825  */
5826 static void
5827 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5828     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5829 {
5830         vm_offset_t superpage_offset;
5831
5832         if (size < NBPDR)
5833                 return;
5834         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5835                 offset += ptoa(object->pg_color);
5836         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5837         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5838             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5839                 return;
5840         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5841                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5842         else
5843                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5844 }
5845
5846 static vm_offset_t
5847 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5848 {
5849         vm_offset_t qaddr;
5850         pt_entry_t *pte;
5851
5852         critical_enter();
5853         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5854         pte = vtopte(qaddr);
5855
5856         KASSERT(*pte == 0,
5857             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5858         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5859             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5860         invlpg(qaddr);
5861
5862         return (qaddr);
5863 }
5864
5865 static void
5866 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5867 {
5868         vm_offset_t qaddr;
5869         pt_entry_t *pte;
5870
5871         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5872         pte = vtopte(qaddr);
5873
5874         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5875         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5876
5877         *pte = 0;
5878         critical_exit();
5879 }
5880
5881 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5882 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5883 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5884
5885 static int
5886 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5887     vmem_addr_t *addrp)
5888 {
5889         vm_page_t m;
5890         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5891         pt_entry_t *trm_pte;
5892
5893         prev_addr = atomic_load_int(&pmap_trm_arena_last);
5894         size = round_page(size) + trm_guard;
5895         for (;;) {
5896                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5897                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5898                         return (ENOMEM);
5899                 addr = prev_addr + size;
5900                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5901                         break;
5902         }
5903         prev_addr += trm_guard;
5904         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5905         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5906                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5907                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5908                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5909                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5910         }
5911         *addrp = prev_addr;
5912         return (0);
5913 }
5914
5915 void
5916 pmap_init_trm(void)
5917 {
5918         vm_page_t pd_m;
5919
5920         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5921         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5922                 trm_guard = 0;
5923         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5924         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5925         pd_m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK |
5926             VM_ALLOC_ZERO);
5927         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5928             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5929 }
5930
5931 static void *
5932 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5933 {
5934         vmem_addr_t res;
5935         int error;
5936
5937         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5938         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5939             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5940         if (error != 0)
5941                 return (NULL);
5942         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5943                 bzero((void *)res, size);
5944         return ((void *)res);
5945 }
5946
5947 static void
5948 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5949 {
5950
5951         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5952 }
5953
5954 static void
5955 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5956 {
5957
5958         *vtopte(va) |= PG_RW;
5959 }
5960
5961 static void
5962 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5963 {
5964
5965         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5966         invltlb_glob();
5967 }
5968
5969 static vm_offset_t
5970 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5971 {
5972
5973         return (PMAP_MAP_LOW);
5974 }
5975
5976 static vm_offset_t
5977 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5978 {
5979
5980         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5981 }
5982
5983 static vm_paddr_t
5984 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
5985 {
5986
5987         return (pa & PG_FRAME);
5988 }
5989
5990 static void
5991 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
5992 {
5993         pt_entry_t opte, *ptep;
5994
5995         /*
5996          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
5997          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
5998          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
5999          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
6000          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
6001          */
6002         ptep = vtopte(sf->kva);
6003         opte = *ptep;
6004         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
6005             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
6006
6007         /*
6008          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
6009          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
6010          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
6011          * since the last used mapping need not invalidate again.
6012          */
6013 #ifdef SMP
6014         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6015                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
6016 #else
6017         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6018                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
6019 #endif
6020 }
6021
6022 static void
6023 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
6024 {
6025         pt_entry_t *pte;
6026         int i;
6027
6028         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
6029                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
6030                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
6031                     FALSE);
6032                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
6033         }
6034 }
6035
6036 static u_int
6037 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6038 {
6039
6040 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6041         return ((u_int)IdlePDPT);
6042 #else
6043         return ((u_int)IdlePTD);
6044 #endif
6045 }
6046
6047 static u_int
6048 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6049 {
6050
6051 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6052         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6053 #else
6054         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6055 #endif
6056 }
6057
6058 static caddr_t
6059 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6060 {
6061         pt_entry_t *pte;
6062
6063         pte = CMAP3;
6064         *pte = pa | pte_bits;
6065         invltlb();
6066         return (CADDR3);
6067 }
6068
6069 static void
6070 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6071 {
6072         pt_entry_t *pte;
6073         int i;
6074
6075         /*
6076          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6077          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6078          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6079          * page 0, at least as initialized here?
6080          */
6081         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6082         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6083                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6084 }
6085
6086 struct bios16_pmap_handle {
6087         pt_entry_t      *pte;
6088         pd_entry_t      *ptd;
6089         pt_entry_t      orig_ptd;
6090 };
6091
6092 static void *
6093 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6094 {
6095         struct bios16_pmap_handle *h;
6096
6097         /*
6098          * no page table, so create one and install it.
6099          */
6100         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6101         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6102         h->ptd = IdlePTD;
6103         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6104         h->orig_ptd = *h->ptd;
6105         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6106         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6107         return (h);
6108 }
6109
6110 static void
6111 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6112 {
6113         struct bios16_pmap_handle *h;
6114
6115         h = arg;
6116         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6117         /*
6118          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6119          */
6120         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6121         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6122 }
6123
6124 struct pmap_kernel_map_range {
6125         vm_offset_t sva;
6126         pt_entry_t attrs;
6127         int ptes;
6128         int pdes;
6129         int pdpes;
6130 };
6131
6132 static void
6133 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6134     vm_offset_t eva)
6135 {
6136         const char *mode;
6137         int i, pat_idx;
6138
6139         if (eva <= range->sva)
6140                 return;
6141
6142         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
6143         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
6144                 if (pat_index[i] == pat_idx)
6145                         break;
6146
6147         switch (i) {
6148         case PAT_WRITE_BACK:
6149                 mode = "WB";
6150                 break;
6151         case PAT_WRITE_THROUGH:
6152                 mode = "WT";
6153                 break;
6154         case PAT_UNCACHEABLE:
6155                 mode = "UC";
6156                 break;
6157         case PAT_UNCACHED:
6158                 mode = "U-";
6159                 break;
6160         case PAT_WRITE_PROTECTED:
6161                 mode = "WP";
6162                 break;
6163         case PAT_WRITE_COMBINING:
6164                 mode = "WC";
6165                 break;
6166         default:
6167                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%08x-0x%08x\n",
6168                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
6169                 mode = "??";
6170                 break;
6171         }
6172
6173         sbuf_printf(sb, "0x%08x-0x%08x r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
6174             range->sva, eva,
6175             (range->attrs & PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
6176             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
6177             (range->attrs & PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
6178             (range->attrs & PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
6179             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
6180
6181         /* Reset to sentinel value. */
6182         range->sva = 0xffffffff;
6183 }
6184
6185 /*
6186  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6187  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
6188  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
6189  */
6190 static bool
6191 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6192 {
6193         pt_entry_t diff, mask;
6194
6195         mask = pg_nx | PG_G | PG_RW | PG_U | PG_PDE_CACHE;
6196         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
6197         if (diff == 0)
6198                 return (true);
6199         if ((diff & ~PG_PDE_PAT) == 0 &&
6200             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
6201             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
6202                 return (true);
6203         return (false);
6204 }
6205
6206 static void
6207 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6208     pt_entry_t attrs)
6209 {
6210
6211         memset(range, 0, sizeof(*range));
6212         range->sva = va;
6213         range->attrs = attrs;
6214 }
6215
6216 /*
6217  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6218  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6219  * begin a new run.
6220  */
6221 static void
6222 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6223     vm_offset_t va, pd_entry_t pde, pt_entry_t pte)
6224 {
6225         pt_entry_t attrs;
6226
6227         attrs = pde & (PG_RW | PG_U | pg_nx);
6228
6229         if ((pde & PG_PS) != 0) {
6230                 attrs |= pde & (PG_G | PG_PDE_CACHE);
6231         } else if (pte != 0) {
6232                 attrs |= pte & pg_nx;
6233                 attrs &= pg_nx | (pte & (PG_RW | PG_U));
6234                 attrs |= pte & (PG_G | PG_PTE_CACHE);
6235
6236                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
6237                 if ((attrs & PG_PTE_PAT) != 0)
6238                         attrs ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
6239         }
6240
6241         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6242                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6243                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6244         }
6245 }
6246
6247 static int
6248 __CONCAT(PMTYPE, sysctl_kmaps)(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6249 {
6250         struct pmap_kernel_map_range range;
6251         struct sbuf sbuf, *sb;
6252         pd_entry_t pde;
6253         pt_entry_t *pt, pte;
6254         vm_offset_t sva;
6255         int error;
6256         u_int i, k;
6257
6258         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6259         if (error != 0)
6260                 return (error);
6261         sb = &sbuf;
6262         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6263
6264         /* Sentinel value. */
6265         range.sva = 0xffffffff;
6266
6267         /*
6268          * Iterate over the kernel page tables without holding the
6269          * kernel pmap lock.  Kernel page table pages are never freed,
6270          * so at worst we will observe inconsistencies in the output.
6271          */
6272         for (sva = 0, i = 0; i < NPTEPG * NPGPTD * NPDEPG ;) {
6273                 if (i == 0)
6274                         sbuf_printf(sb, "\nLow PDE:\n");
6275                 else if (i == LOWPTDI * NPTEPG)
6276                         sbuf_printf(sb, "Low PDE dup:\n");
6277                 else if (i == PTDPTDI * NPTEPG)
6278                         sbuf_printf(sb, "Recursive map:\n");
6279                 else if (i == KERNPTDI * NPTEPG)
6280                         sbuf_printf(sb, "Kernel base:\n");
6281                 else if (i == TRPTDI * NPTEPG)
6282                         sbuf_printf(sb, "Trampoline:\n");
6283                 pde = IdlePTD[sva >> PDRSHIFT];
6284                 if ((pde & PG_V) == 0) {
6285                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
6286                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6287                         sva += NBPDR;
6288                         i += NPTEPG;
6289                         continue;
6290                 }
6291                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
6292                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, 0);
6293                         range.pdes++;
6294                         sva += NBPDR;
6295                         i += NPTEPG;
6296                         continue;
6297                 }
6298                 for (pt = vtopte(sva), k = 0; k < NPTEPG; i++, k++, pt++,
6299                     sva += PAGE_SIZE) {
6300                         pte = *pt;
6301                         if ((pte & PG_V) == 0) {
6302                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6303                                 continue;
6304                         }
6305                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, pte);
6306                         range.ptes++;
6307                 }
6308         }
6309
6310         error = sbuf_finish(sb);
6311         sbuf_delete(sb);
6312         return (error);
6313 }
6314
6315 #define PMM(a)                                  \
6316         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6317
6318 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6319         PMM(ksetrw)
6320         PMM(remap_lower)
6321         PMM(remap_lowptdi)
6322         PMM(align_superpage)
6323         PMM(quick_enter_page)
6324         PMM(quick_remove_page)
6325         PMM(trm_alloc)
6326         PMM(trm_free)
6327         PMM(get_map_low)
6328         PMM(get_vm_maxuser_address)
6329         PMM(kextract)
6330         PMM(pg_frame)
6331         PMM(sf_buf_map)
6332         PMM(cp_slow0_map)
6333         PMM(get_kcr3)
6334         PMM(get_cr3)
6335         PMM(cmap3)
6336         PMM(basemem_setup)
6337         PMM(set_nx)
6338         PMM(bios16_enter)
6339         PMM(bios16_leave)
6340         PMM(bootstrap)
6341         PMM(is_valid_memattr)
6342         PMM(cache_bits)
6343         PMM(ps_enabled)
6344         PMM(pinit0)
6345         PMM(pinit)
6346         PMM(activate)
6347         PMM(activate_boot)
6348         PMM(advise)
6349         PMM(clear_modify)
6350         PMM(change_attr)
6351         PMM(mincore)
6352         PMM(copy)
6353         PMM(copy_page)
6354         PMM(copy_pages)
6355         PMM(zero_page)
6356         PMM(zero_page_area)
6357         PMM(enter)
6358         PMM(enter_object)
6359         PMM(enter_quick)
6360         PMM(kenter_temporary)
6361         PMM(object_init_pt)
6362         PMM(unwire)
6363         PMM(page_exists_quick)
6364         PMM(page_wired_mappings)
6365         PMM(page_is_mapped)
6366         PMM(remove_pages)
6367         PMM(is_modified)
6368         PMM(is_prefaultable)
6369         PMM(is_referenced)
6370         PMM(remove_write)
6371         PMM(ts_referenced)
6372         PMM(mapdev_attr)
6373         PMM(unmapdev)
6374         PMM(page_set_memattr)
6375         PMM(extract)
6376         PMM(extract_and_hold)
6377         PMM(map)
6378         PMM(qenter)
6379         PMM(qremove)
6380         PMM(release)
6381         PMM(remove)
6382         PMM(protect)
6383         PMM(remove_all)
6384         PMM(init)
6385         PMM(init_pat)
6386         PMM(growkernel)
6387         PMM(invalidate_page)
6388         PMM(invalidate_range)
6389         PMM(invalidate_all)
6390         PMM(invalidate_cache)
6391         PMM(flush_page)
6392         PMM(kenter)
6393         PMM(kremove)
6394         PMM(sysctl_kmaps)
6395 };