]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
Merge release 1.14 of bsnmp.
[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;
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_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         /*
680          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
681          * during early boot.
682          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
683          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
684          */
685         pc = get_pcpu();
686         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
687         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
688         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
689         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
690
691         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
692
693         /*
694          * Crashdump maps.
695          */
696         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
697
698         /*
699          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
700          */
701         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
702
703         /*
704          * msgbufp is used to map the system message buffer.
705          */
706         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
707
708         /*
709          * KPTmap is used by pmap_kextract().
710          *
711          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
712          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
713          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
714          */
715         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
716
717         for (i = 0; i < NKPT; i++)
718                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
719
720         /*
721          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
722          * respectively.
723          */
724         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
725         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
726         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
727
728         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
729
730         virtual_avail = va;
731
732         /*
733          * Initialize the PAT MSR if present.
734          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
735          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
736          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
737          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
738          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
739          */
740         pmap_init_pat();
741 }
742
743 static void
744 pmap_init_reserved_pages(void)
745 {
746         struct pcpu *pc;
747         vm_offset_t pages;
748         int i;
749
750 #ifdef PMAP_PAE_COMP
751         if (!pae_mode)
752                 return;
753 #else
754         if (pae_mode)
755                 return;
756 #endif
757         CPU_FOREACH(i) {
758                 pc = pcpu_find(i);
759                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
760                     MTX_NEW);
761                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
762                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
763                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
764                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
765                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
766                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
767                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
768                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
769                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
770                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
771                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
772
773                 /*
774                  * Skip if the mappings have already been initialized,
775                  * i.e. this is the BSP.
776                  */
777                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
778                         continue;
779
780                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
781                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
782                 if (pages == 0)
783                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
784                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
785                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
786                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
787                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
788                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
789         }
790 }
791  
792 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
793
794 /*
795  * Setup the PAT MSR.
796  */
797 static void
798 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
799 {
800         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
801         uint64_t pat_msr;
802         u_long cr0, cr4;
803         int i;
804
805         /* Set default PAT index table. */
806         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
807                 pat_table[i] = -1;
808         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
809         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
810         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
811         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
812         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
813         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
814
815         /*
816          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
817          * We assume that PAT support implies PGE.
818          */
819         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
820                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
821                         pat_index[i] = pat_table[i];
822                 pat_works = 0;
823                 return;
824         }
825
826         /*
827          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
828          * PAT entries.
829          *
830          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
831          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
832          * or Mode C Paging)
833          *
834          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
835          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
836          */
837         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
838             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
839                 pat_works = 0;
840
841         /* Initialize default PAT entries. */
842         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
843             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
844             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
845             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
846             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
847             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
848             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
849             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
850
851         if (pat_works) {
852                 /*
853                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
854                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
855                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
856                  */
857                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
858                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
859                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
860                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
861                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
862                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
863         } else {
864                 /*
865                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
866                  */
867                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
868                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
869                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
870         }
871
872         /* Disable PGE. */
873         cr4 = rcr4();
874         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
875
876         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
877         cr0 = rcr0();
878         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
879
880         /* Flushes caches and TLBs. */
881         wbinvd();
882         invltlb();
883
884         /* Update PAT and index table. */
885         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
886         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
887                 pat_index[i] = pat_table[i];
888
889         /* Flush caches and TLBs again. */
890         wbinvd();
891         invltlb();
892
893         /* Restore caches and PGE. */
894         load_cr0(cr0);
895         load_cr4(cr4);
896 }
897
898 #ifdef PMAP_PAE_COMP
899 static void *
900 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
901     int wait)
902 {
903
904         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
905         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
906         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
907             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
908 }
909 #endif
910
911 /*
912  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
913  * Requirements:
914  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
915  *    are ever set, PG_V in particular.
916  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
917  *    on PAE systems.  This should be ok.
918  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
919  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
920  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
921  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
922  */
923 static vm_offset_t
924 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
925 {
926         pt_entry_t *pte;
927         vm_offset_t va;
928
929         va = *head;
930         if (va == 0)
931                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
932         pte = vtopte(va);
933         *head = *pte;
934         if (*head & PG_V)
935                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
936         *pte = 0;
937         return (va);
938 }
939
940 static void
941 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
942 {
943         pt_entry_t *pte;
944
945         if (va & PG_V)
946                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
947         pte = vtopte(va);
948         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
949         *head = va;
950 }
951
952 static void
953 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
954 {
955         int i;
956         vm_offset_t va;
957
958         *head = 0;
959         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
960                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
961                 pmap_ptelist_free(head, va);
962         }
963 }
964
965
966 /*
967  *      Initialize the pmap module.
968  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
969  *      system needs to map virtual memory.
970  */
971 static void
972 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
973 {
974         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
975         vm_page_t mpte;
976         vm_size_t s;
977         int i, pv_npg;
978
979         /*
980          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
981          * page table pages.
982          */ 
983         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
984         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
985                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
986                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
987                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
988                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
989                 mpte->pindex = i + KPTDI;
990                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
991                 mpte->ref_count = 1;
992
993                 /*
994                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
995                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
996                  */
997                 if (pseflag != 0 &&
998                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
999                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
1000                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1001         }
1002         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1003         vm_wire_add(NKPT);
1004
1005         /*
1006          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1007          * high water mark so that the system can recover from excessive
1008          * numbers of pv entries.
1009          */
1010         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1011         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1012         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1013         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1014         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1015
1016         /*
1017          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1018          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1019          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1020          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1021          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1022          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1023          * or newer AMD processors.
1024          */
1025         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1026             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1027             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1028             AMDID2_FMA4)) == 0)
1029                 workaround_erratum383 = 1;
1030
1031         /*
1032          * Are large page mappings supported and enabled?
1033          */
1034         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1035         if (pseflag == 0)
1036                 pg_ps_enabled = 0;
1037         else if (pg_ps_enabled) {
1038                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1039                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1040                 pagesizes[1] = NBPDR;
1041         }
1042
1043         /*
1044          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1045          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1046          */
1047         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1048             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1049
1050         /*
1051          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1052          */
1053         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1054         s = round_page(s);
1055         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1056         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1057                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1058
1059         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1060         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1061         if (pv_chunkbase == NULL)
1062                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1063         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1064 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1065         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1066             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1067             UMA_ZONE_CONTIG | UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1068         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1069 #endif
1070
1071         pmap_initialized = 1;
1072         pmap_init_trm();
1073
1074         if (!bootverbose)
1075                 return;
1076         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1077                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1078                 if (ppim->va == 0)
1079                         continue;
1080                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1081                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1082         }
1083
1084 }
1085
1086 extern u_long pmap_pde_demotions;
1087 extern u_long pmap_pde_mappings;
1088 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1089 extern u_long pmap_pde_promotions;
1090
1091 /***************************************************
1092  * Low level helper routines.....
1093  ***************************************************/
1094
1095 static boolean_t
1096 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1097 {
1098
1099         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1100             pat_index[(int)mode] >= 0);
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1105  * caching mode.
1106  */
1107 static int
1108 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1109 {
1110         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1111
1112         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1113                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1114
1115         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1116         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1117
1118         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1119         pat_idx = pat_index[mode];
1120
1121         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1122         cache_bits = 0;
1123         if (pat_idx & 0x4)
1124                 cache_bits |= pat_flag;
1125         if (pat_idx & 0x2)
1126                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1127         if (pat_idx & 0x1)
1128                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1129         return (cache_bits);
1130 }
1131
1132 static int
1133 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
1134 {
1135         int pat_flag, pat_idx;
1136
1137         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1138                 return (0);
1139
1140         pat_idx = 0;
1141         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1142         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1143
1144         if ((pte & pat_flag) != 0)
1145                 pat_idx |= 0x4;
1146         if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
1147                 pat_idx |= 0x2;
1148         if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
1149                 pat_idx |= 0x1;
1150
1151         /* See pmap_init_pat(). */
1152         if (pat_works) {
1153                 if (pat_idx == 4)
1154                         pat_idx = 0;
1155                 if (pat_idx == 7)
1156                         pat_idx = 3;
1157         } else {
1158                 /* XXXKIB */
1159         }
1160
1161         return (pat_idx);
1162 }
1163
1164 static bool
1165 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1166 {
1167
1168         return (pg_ps_enabled);
1169 }
1170
1171 /*
1172  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1173  */
1174 static void
1175 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1176 {
1177         pd_entry_t *pde;
1178
1179         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1180         pde_store(pde, newpde);
1181 }
1182
1183 /*
1184  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1185  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1186  * calling processor's TLB is affected.
1187  *
1188  * The calling thread must be pinned to a processor.
1189  */
1190 static void
1191 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1192 {
1193
1194         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1195                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1196                 invlpg(va);
1197         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1198                 /*
1199                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1200                  * because there are too many to flush individually.
1201                  */
1202                 invltlb();
1203 }
1204
1205 #ifdef SMP
1206 /*
1207  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1208  *
1209  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1210  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1211  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1212  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1213  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1214  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1215  * one of the following functions but before a store updating the page
1216  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1217  * processor before its pm_active field is checked but due to
1218  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1219  * pmap as inactive on the other processor.
1220  * 
1221  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1222  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1223  * processor.
1224  */
1225 static void
1226 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1227 {
1228         cpuset_t *mask, other_cpus;
1229         u_int cpuid;
1230
1231         sched_pin();
1232         if (pmap == kernel_pmap) {
1233                 invlpg(va);
1234                 mask = &all_cpus;
1235         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1236                 mask = &all_cpus;
1237         } else {
1238                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1239                 other_cpus = all_cpus;
1240                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1241                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1242                 mask = &other_cpus;
1243         }
1244         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1245         sched_unpin();
1246 }
1247
1248 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1249 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1250
1251 static void
1252 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1253 {
1254         cpuset_t *mask, other_cpus;
1255         vm_offset_t addr;
1256         u_int cpuid;
1257
1258         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1259                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1260                 return;
1261         }
1262
1263         sched_pin();
1264         if (pmap == kernel_pmap) {
1265                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1266                         invlpg(addr);
1267                 mask = &all_cpus;
1268         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1269                 mask = &all_cpus;
1270         } else {
1271                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1272                 other_cpus = all_cpus;
1273                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1274                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1275                 mask = &other_cpus;
1276         }
1277         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1278         sched_unpin();
1279 }
1280
1281 static void
1282 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1283 {
1284         cpuset_t *mask, other_cpus;
1285         u_int cpuid;
1286
1287         sched_pin();
1288         if (pmap == kernel_pmap) {
1289                 invltlb();
1290                 mask = &all_cpus;
1291         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1292                 mask = &all_cpus;
1293         } else {
1294                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1295                 other_cpus = all_cpus;
1296                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1297                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1298                 mask = &other_cpus;
1299         }
1300         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1301         sched_unpin();
1302 }
1303
1304 static void
1305 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1306 {
1307
1308         sched_pin();
1309         wbinvd();
1310         smp_cache_flush();
1311         sched_unpin();
1312 }
1313
1314 struct pde_action {
1315         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1316         vm_offset_t va;
1317         pd_entry_t *pde;
1318         pd_entry_t newpde;
1319         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1320 };
1321
1322 static void
1323 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1324 {
1325         struct pde_action *act = arg;
1326         pd_entry_t *pde;
1327
1328         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1329                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1330                 pde_store(pde, act->newpde);
1331         }
1332 }
1333
1334 static void
1335 pmap_update_pde_user(void *arg)
1336 {
1337         struct pde_action *act = arg;
1338
1339         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1340                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1341 }
1342
1343 static void
1344 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1345 {
1346         struct pde_action *act = arg;
1347
1348         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1349                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1350 }
1351
1352 /*
1353  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1354  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1355  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1356  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1357  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1358  * hardware error.
1359  */
1360 static void
1361 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1362 {
1363         struct pde_action act;
1364         cpuset_t active, other_cpus;
1365         u_int cpuid;
1366
1367         sched_pin();
1368         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1369         other_cpus = all_cpus;
1370         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1371         if (pmap == kernel_pmap)
1372                 active = all_cpus;
1373         else
1374                 active = pmap->pm_active;
1375         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1376                 act.store = cpuid;
1377                 act.invalidate = active;
1378                 act.va = va;
1379                 act.pde = pde;
1380                 act.newpde = newpde;
1381                 CPU_SET(cpuid, &active);
1382                 smp_rendezvous_cpus(active,
1383                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1384                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1385                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1386         } else {
1387                 if (pmap == kernel_pmap)
1388                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1389                 else
1390                         pde_store(pde, newpde);
1391                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1392                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1393         }
1394         sched_unpin();
1395 }
1396 #else /* !SMP */
1397 /*
1398  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1399  * We inline these within pmap.c for speed.
1400  */
1401 static void
1402 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1403 {
1404
1405         if (pmap == kernel_pmap)
1406                 invlpg(va);
1407 }
1408
1409 static void
1410 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1411 {
1412         vm_offset_t addr;
1413
1414         if (pmap == kernel_pmap)
1415                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1416                         invlpg(addr);
1417 }
1418
1419 static void
1420 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1421 {
1422
1423         if (pmap == kernel_pmap)
1424                 invltlb();
1425 }
1426
1427 static void
1428 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1429 {
1430
1431         wbinvd();
1432 }
1433
1434 static void
1435 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1436 {
1437
1438         if (pmap == kernel_pmap)
1439                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1440         else
1441                 pde_store(pde, newpde);
1442         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1443                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1444 }
1445 #endif /* !SMP */
1446
1447 static void
1448 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1449 {
1450
1451         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1452 }
1453
1454 static void
1455 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1456     vm_offset_t eva)
1457 {
1458
1459         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1460 }
1461
1462 static void
1463 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1464 {
1465
1466         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1467 }
1468
1469 static void
1470 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1471 {
1472
1473         /*
1474          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1475          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1476          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1477          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1478          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1479          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1480          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1481          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1482          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1483          */
1484         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1485                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1486         else
1487                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1488 }
1489
1490 /*
1491  * Are we current address space or kernel?
1492  */
1493 static __inline int
1494 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1495 {
1496
1497         return (pmap == kernel_pmap);
1498 }
1499
1500 /*
1501  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1502  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1503  */
1504 static pt_entry_t *
1505 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1506 {
1507         pd_entry_t newpf;
1508         pd_entry_t *pde;
1509
1510         pde = pmap_pde(pmap, va);
1511         if (*pde & PG_PS)
1512                 return (pde);
1513         if (*pde != 0) {
1514                 /* are we current address space or kernel? */
1515                 if (pmap_is_current(pmap))
1516                         return (vtopte(va));
1517                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1518                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1519                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1520                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1521                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1522                             (vm_offset_t)PADDR2);
1523                 }
1524                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1525         }
1526         return (NULL);
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1531  * being NULL.
1532  */
1533 static __inline void
1534 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1535 {
1536
1537         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1538                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1539 }
1540
1541 /*
1542  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1543  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1544  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1545  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1546  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1547  */
1548 static __inline void
1549 invlcaddr(void *caddr)
1550 {
1551
1552         invlpg((u_int)caddr);
1553 }
1554
1555 /*
1556  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1557  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1558  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1559  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1560  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1561  *
1562  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1563  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1564  */
1565 static pt_entry_t *
1566 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1567 {
1568         pd_entry_t newpf;
1569         pd_entry_t *pde;
1570
1571         pde = pmap_pde(pmap, va);
1572         if (*pde & PG_PS)
1573                 return (pde);
1574         if (*pde != 0) {
1575                 /* are we current address space or kernel? */
1576                 if (pmap_is_current(pmap))
1577                         return (vtopte(va));
1578                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1579                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1580                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1581                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1582                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1583 #ifdef SMP
1584                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1585 #endif
1586                         invlcaddr(PADDR1);
1587                         PMAP1changed++;
1588                 } else
1589 #ifdef SMP
1590                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1591                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1592                         invlcaddr(PADDR1);
1593                         PMAP1changedcpu++;
1594                 } else
1595 #endif
1596                         PMAP1unchanged++;
1597                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1598         }
1599         return (0);
1600 }
1601
1602 static pt_entry_t *
1603 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1604 {
1605         pd_entry_t newpf;
1606         pd_entry_t *pde;
1607
1608         pde = pmap_pde(pmap, va);
1609         if (*pde & PG_PS)
1610                 return (pde);
1611         if (*pde != 0) {
1612                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1613                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1614                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1615                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1616                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1617 #ifdef SMP
1618                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1619 #endif
1620                         invlcaddr(PADDR3);
1621                         PMAP1changed++;
1622                 } else
1623 #ifdef SMP
1624                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1625                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1626                         invlcaddr(PADDR3);
1627                         PMAP1changedcpu++;
1628                 } else
1629 #endif
1630                         PMAP1unchanged++;
1631                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1632         }
1633         return (0);
1634 }
1635
1636 static pt_entry_t
1637 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1638 {
1639         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1640
1641         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1642         pde &= PG_FRAME;
1643         critical_enter();
1644         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1645         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1646                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1647                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1648         }
1649         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1650             (NPTEPG - 1));
1651         pte = *ptep;
1652         critical_exit();
1653         return (pte);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1658  * the given virtual address "va".
1659  *
1660  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1661  */
1662 static vm_paddr_t
1663 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1664 {
1665         vm_paddr_t pa;
1666
1667         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1668                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1669         } else {
1670                 /*
1671                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1672                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1673                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1674                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1675                  * page is preserved by the promotion.
1676                  */
1677                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1678                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1679         }
1680         return (pa);
1681 }
1682
1683 /*
1684  *      Routine:        pmap_extract
1685  *      Function:
1686  *              Extract the physical page address associated
1687  *              with the given map/virtual_address pair.
1688  */
1689 static vm_paddr_t
1690 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1691 {
1692         vm_paddr_t rtval;
1693         pt_entry_t pte;
1694         pd_entry_t pde;
1695
1696         rtval = 0;
1697         PMAP_LOCK(pmap);
1698         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1699         if (pde != 0) {
1700                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1701                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1702                 else {
1703                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1704                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1705                 }
1706         }
1707         PMAP_UNLOCK(pmap);
1708         return (rtval);
1709 }
1710
1711 /*
1712  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1713  *      Function:
1714  *              Atomically extract and hold the physical page
1715  *              with the given pmap and virtual address pair
1716  *              if that mapping permits the given protection.
1717  */
1718 static vm_page_t
1719 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1720 {
1721         pd_entry_t pde;
1722         pt_entry_t pte;
1723         vm_page_t m;
1724
1725         m = NULL;
1726         PMAP_LOCK(pmap);
1727         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1728         if (pde != 0) {
1729                 if (pde & PG_PS) {
1730                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1731                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1732                                     (va & PDRMASK));
1733                 } else {
1734                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1735                         if (pte != 0 &&
1736                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
1737                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1738                 }
1739                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1740                         m = NULL;
1741         }
1742         PMAP_UNLOCK(pmap);
1743         return (m);
1744 }
1745
1746 /***************************************************
1747  * Low level mapping routines.....
1748  ***************************************************/
1749
1750 /*
1751  * Add a wired page to the kva.
1752  * Note: not SMP coherent.
1753  *
1754  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1755  */
1756 static void
1757 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1758 {
1759         pt_entry_t *pte;
1760
1761         pte = vtopte(va);
1762         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1763 }
1764
1765 static __inline void
1766 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1767 {
1768         pt_entry_t *pte;
1769
1770         pte = vtopte(va);
1771         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1772             mode, 0));
1773 }
1774
1775 /*
1776  * Remove a page from the kernel pagetables.
1777  * Note: not SMP coherent.
1778  *
1779  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1780  */
1781 static void
1782 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1783 {
1784         pt_entry_t *pte;
1785
1786         pte = vtopte(va);
1787         pte_clear(pte);
1788 }
1789
1790 /*
1791  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1792  *      virtual address space.
1793  *
1794  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1795  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1796  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1797  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1798  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1799  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1800  *      region.
1801  */
1802 static vm_offset_t
1803 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1804     int prot)
1805 {
1806         vm_offset_t va, sva;
1807         vm_paddr_t superpage_offset;
1808         pd_entry_t newpde;
1809
1810         va = *virt;
1811         /*
1812          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1813          * least one superpage mapping to be created?
1814          */ 
1815         superpage_offset = start & PDRMASK;
1816         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1817                 /*
1818                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1819                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1820                  */
1821                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1822                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1823                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1824                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1825         }
1826         sva = va;
1827         while (start < end) {
1828                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1829                     pseflag != 0) {
1830                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1831                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1832                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1833                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1834                         va += NBPDR;
1835                         start += NBPDR;
1836                 } else {
1837                         pmap_kenter(va, start);
1838                         va += PAGE_SIZE;
1839                         start += PAGE_SIZE;
1840                 }
1841         }
1842         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1843         *virt = va;
1844         return (sva);
1845 }
1846
1847
1848 /*
1849  * Add a list of wired pages to the kva
1850  * this routine is only used for temporary
1851  * kernel mappings that do not need to have
1852  * page modification or references recorded.
1853  * Note that old mappings are simply written
1854  * over.  The page *must* be wired.
1855  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1856  */
1857 static void
1858 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1859 {
1860         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1861         vm_page_t m;
1862
1863         oldpte = 0;
1864         pte = vtopte(sva);
1865         endpte = pte + count;
1866         while (pte < endpte) {
1867                 m = *ma++;
1868                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1869                     m->md.pat_mode, 0);
1870                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1871                         oldpte |= *pte;
1872                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1873                 }
1874                 pte++;
1875         }
1876         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1877                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1878                     PAGE_SIZE);
1879 }
1880
1881 /*
1882  * This routine tears out page mappings from the
1883  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1884  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1885  */
1886 static void
1887 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1888 {
1889         vm_offset_t va;
1890
1891         va = sva;
1892         while (count-- > 0) {
1893                 pmap_kremove(va);
1894                 va += PAGE_SIZE;
1895         }
1896         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1897 }
1898
1899 /***************************************************
1900  * Page table page management routines.....
1901  ***************************************************/
1902 /*
1903  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1904  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1905  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1906  */
1907 static __inline void
1908 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1909     boolean_t set_PG_ZERO)
1910 {
1911
1912         if (set_PG_ZERO)
1913                 m->flags |= PG_ZERO;
1914         else
1915                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1916         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1917 }
1918
1919 /*
1920  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1921  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1922  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1923  * ordered by this virtual address range.
1924  *
1925  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1926  */
1927 static __inline int
1928 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1929 {
1930
1931         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1932         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1933         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1934 }
1935
1936 /*
1937  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1938  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1939  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1940  * specified virtual address.
1941  */
1942 static __inline vm_page_t
1943 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1944 {
1945
1946         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1947         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1948 }
1949
1950 /*
1951  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1952  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1953  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1954  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1955  */
1956 static inline boolean_t
1957 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1958 {
1959
1960         --m->ref_count;
1961         if (m->ref_count == 0) {
1962                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1963                 return (TRUE);
1964         } else
1965                 return (FALSE);
1966 }
1967
1968 static void
1969 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1970 {
1971
1972         /*
1973          * unmap the page table page
1974          */
1975         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1976         --pmap->pm_stats.resident_count;
1977
1978         /*
1979          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1980          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1981          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1982          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1983          * shootdown is done.
1984          */
1985         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1986         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1987 }
1988
1989 /*
1990  * After removing a page table entry, this routine is used to
1991  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1992  */
1993 static int
1994 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1995 {
1996         pd_entry_t ptepde;
1997         vm_page_t mpte;
1998
1999         if (pmap == kernel_pmap)
2000                 return (0);
2001         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
2002         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2003         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
2004 }
2005
2006 /*
2007  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2008  * mapping.
2009  */
2010 static void
2011 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2012 {
2013         struct spglist free;
2014
2015         SLIST_INIT(&free);
2016         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
2017                 /*
2018                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
2019                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
2020                  * page table pages.  Invalidate those entries.
2021                  */
2022                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2023                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2024         }
2025 }
2026
2027 /*
2028  * Initialize the pmap for the swapper process.
2029  */
2030 static void
2031 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
2032 {
2033
2034         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2035         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
2036 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2037         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
2038 #endif
2039         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2040         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2041         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2042         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2043         pmap_activate_boot(pmap);
2044 }
2045
2046 /*
2047  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2048  * such as one in a vmspace structure.
2049  */
2050 static int
2051 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2052 {
2053         vm_page_t m;
2054         int i;
2055
2056         /*
2057          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2058          * page directory table.
2059          */
2060         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2061                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2062                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2063                         return (0);
2064 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2065                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2066                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2067                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2068                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2069                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2070                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2071 #endif
2072                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
2073         }
2074         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2075             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2076
2077         /*
2078          * allocate the page directory page(s)
2079          */
2080         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2081                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2082                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2083                 pmap->pm_ptdpg[i] = m;
2084 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2085                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
2086 #endif
2087         }
2088
2089         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2090 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2091         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2092                 pmap_invalidate_cache_range(
2093                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2094                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2095                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2096         }
2097 #endif
2098
2099         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2100                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
2101                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
2102
2103         /* Install the trampoline mapping. */
2104         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2105
2106         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2107         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2108         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2109
2110         return (1);
2111 }
2112
2113 /*
2114  * this routine is called if the page table page is not
2115  * mapped correctly.
2116  */
2117 static vm_page_t
2118 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2119 {
2120         vm_paddr_t ptepa;
2121         vm_page_t m;
2122
2123         /*
2124          * Allocate a page table page.
2125          */
2126         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2127             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         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2143                 pmap_zero_page(m);
2144
2145         /*
2146          * Map the pagetable page into the process address space, if
2147          * it isn't already there.
2148          */
2149
2150         pmap->pm_stats.resident_count++;
2151
2152         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2153         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2154                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2155
2156         return (m);
2157 }
2158
2159 static vm_page_t
2160 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2161 {
2162         u_int ptepindex;
2163         pd_entry_t ptepa;
2164         vm_page_t m;
2165
2166         /*
2167          * Calculate pagetable page index
2168          */
2169         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2170 retry:
2171         /*
2172          * Get the page directory entry
2173          */
2174         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2175
2176         /*
2177          * This supports switching from a 4MB page to a
2178          * normal 4K page.
2179          */
2180         if (ptepa & PG_PS) {
2181                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2182                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2183         }
2184
2185         /*
2186          * If the page table page is mapped, we just increment the
2187          * hold count, and activate it.
2188          */
2189         if (ptepa) {
2190                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2191                 m->ref_count++;
2192         } else {
2193                 /*
2194                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2195                  * been deallocated. 
2196                  */
2197                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2198                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2199                         goto retry;
2200         }
2201         return (m);
2202 }
2203
2204
2205 /***************************************************
2206 * Pmap allocation/deallocation routines.
2207  ***************************************************/
2208
2209 /*
2210  * Release any resources held by the given physical map.
2211  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2212  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2213  */
2214 static void
2215 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2216 {
2217         vm_page_t m;
2218         int i;
2219
2220         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2221             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2222             pmap->pm_stats.resident_count));
2223         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2224             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2225         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2226             ("releasing active pmap %p", pmap));
2227
2228         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2229
2230         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2231                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2232 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2233                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2234                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2235 #endif
2236                 vm_page_unwire_noq(m);
2237                 vm_page_free(m);
2238         }
2239 }
2240
2241 /*
2242  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2243  */
2244 static void
2245 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2246 {
2247         vm_paddr_t ptppaddr;
2248         vm_page_t nkpg;
2249         pd_entry_t newpdir;
2250
2251         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2252         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2253         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2254                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2255         while (kernel_vm_end < addr) {
2256                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2257                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2258                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2259                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2260                                 break;
2261                         }
2262                         continue;
2263                 }
2264
2265                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2266                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2267                     VM_ALLOC_ZERO);
2268                 if (nkpg == NULL)
2269                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2270
2271                 nkpt++;
2272
2273                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2274                         pmap_zero_page(nkpg);
2275                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2276                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2277                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2278
2279                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2280                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2281                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2282                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2283                         break;
2284                 }
2285         }
2286 }
2287
2288
2289 /***************************************************
2290  * page management routines.
2291  ***************************************************/
2292
2293 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2294 CTASSERT(_NPCM == 11);
2295 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2296
2297 static __inline struct pv_chunk *
2298 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2299 {
2300
2301         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2302 }
2303
2304 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2305
2306 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2307 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2308
2309 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2310         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2311         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2312         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2313         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2314 };
2315
2316 #ifdef PV_STATS
2317 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2318 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2319 extern int pv_entry_spare;
2320 #endif
2321
2322 /*
2323  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2324  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2325  * another pv entry chunk.
2326  */
2327 static vm_page_t
2328 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2329 {
2330         struct pch newtail;
2331         struct pv_chunk *pc;
2332         struct md_page *pvh;
2333         pd_entry_t *pde;
2334         pmap_t pmap;
2335         pt_entry_t *pte, tpte;
2336         pv_entry_t pv;
2337         vm_offset_t va;
2338         vm_page_t m, m_pc;
2339         struct spglist free;
2340         uint32_t inuse;
2341         int bit, field, freed;
2342
2343         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2344         pmap = NULL;
2345         m_pc = NULL;
2346         SLIST_INIT(&free);
2347         TAILQ_INIT(&newtail);
2348         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2349             SLIST_EMPTY(&free))) {
2350                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2351                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2352                         if (pmap != NULL) {
2353                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2354                                 if (pmap != locked_pmap)
2355                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2356                         }
2357                         pmap = pc->pc_pmap;
2358                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2359                         if (pmap > locked_pmap)
2360                                 PMAP_LOCK(pmap);
2361                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2362                                 pmap = NULL;
2363                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2364                                 continue;
2365                         }
2366                 }
2367
2368                 /*
2369                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2370                  */
2371                 freed = 0;
2372                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2373                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2374                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2375                                 bit = bsfl(inuse);
2376                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2377                                 va = pv->pv_va;
2378                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2379                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2380                                         continue;
2381                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2382                                 tpte = *pte;
2383                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2384                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2385                                 pmap_pte_release(pte);
2386                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2387                                         continue;
2388                                 KASSERT(tpte != 0,
2389                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2390                                     pmap, va));
2391                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2392                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2393                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2394                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2395                                         vm_page_dirty(m);
2396                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2397                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2398                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2399                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2400                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2401                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2402                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2403                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2404                                                     PGA_WRITEABLE);
2405                                         }
2406                                 }
2407                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2408                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2409                                 freed++;
2410                         }
2411                 }
2412                 if (freed == 0) {
2413                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2414                         continue;
2415                 }
2416                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2417                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2418                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2419                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2420                 pv_entry_count -= freed;
2421                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2422                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2423                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2424                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2425                                     pc_list);
2426                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2427
2428                                 /*
2429                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2430                                  * sufficient.
2431                                  */
2432                                 if (pmap == locked_pmap)
2433                                         goto out;
2434                                 break;
2435                         }
2436                 if (field == _NPCM) {
2437                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2438                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2439                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2440                         /* Entire chunk is free; return it. */
2441                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2442                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2443                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2444                         break;
2445                 }
2446         }
2447 out:
2448         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2449         if (pmap != NULL) {
2450                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2451                 if (pmap != locked_pmap)
2452                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2453         }
2454         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2455                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2456                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2457                 /* Recycle a freed page table page. */
2458                 m_pc->ref_count = 1;
2459         }
2460         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2461         return (m_pc);
2462 }
2463
2464 /*
2465  * free the pv_entry back to the free list
2466  */
2467 static void
2468 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2469 {
2470         struct pv_chunk *pc;
2471         int idx, field, bit;
2472
2473         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2474         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2475         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2476         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2477         pv_entry_count--;
2478         pc = pv_to_chunk(pv);
2479         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2480         field = idx / 32;
2481         bit = idx % 32;
2482         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2483         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2484                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2485                         /*
2486                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2487                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2488                          */
2489                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2490                             pc)) {
2491                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2492                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2493                                     pc_list);
2494                         }
2495                         return;
2496                 }
2497         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2498         free_pv_chunk(pc);
2499 }
2500
2501 static void
2502 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2503 {
2504         vm_page_t m;
2505
2506         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2507         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2508         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2509         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2510         /* entire chunk is free, return it */
2511         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2512         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2513         vm_page_unwire_noq(m);
2514         vm_page_free(m);
2515         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2516 }
2517
2518 /*
2519  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2520  * when needed.
2521  */
2522 static pv_entry_t
2523 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2524 {
2525         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2526         static struct timeval lastprint;
2527         int bit, field;
2528         pv_entry_t pv;
2529         struct pv_chunk *pc;
2530         vm_page_t m;
2531
2532         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2533         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2534         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2535         pv_entry_count++;
2536         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2537                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2538                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2539                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2540                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2541 retry:
2542         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2543         if (pc != NULL) {
2544                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2545                         if (pc->pc_map[field]) {
2546                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2547                                 break;
2548                         }
2549                 }
2550                 if (field < _NPCM) {
2551                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2552                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2553                         /* If this was the last item, move it to tail */
2554                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2555                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2556                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2557                                         return (pv);    /* not full, return */
2558                                 }
2559                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2560                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2561                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2562                         return (pv);
2563                 }
2564         }
2565         /*
2566          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2567          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2568          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2569          */
2570         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2571             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2572                 if (try) {
2573                         pv_entry_count--;
2574                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2575                         return (NULL);
2576                 }
2577                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2578                 if (m == NULL)
2579                         goto retry;
2580         }
2581         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2582         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2583         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2584         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2585         pc->pc_pmap = pmap;
2586         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2587         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2588                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2589         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2590         pv = &pc->pc_pventry[0];
2591         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2592         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2593         return (pv);
2594 }
2595
2596 static __inline pv_entry_t
2597 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2598 {
2599         pv_entry_t pv;
2600
2601         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2602         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2603                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2604                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2605                         break;
2606                 }
2607         }
2608         return (pv);
2609 }
2610
2611 static void
2612 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2613 {
2614         struct md_page *pvh;
2615         pv_entry_t pv;
2616         vm_offset_t va_last;
2617         vm_page_t m;
2618
2619         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2620         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2621             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2622
2623         /*
2624          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2625          * page's pv list.
2626          */
2627         pvh = pa_to_pvh(pa);
2628         va = trunc_4mpage(va);
2629         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2630         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2631         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2632         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2633         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2634         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2635         do {
2636                 m++;
2637                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2638                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2639                 va += PAGE_SIZE;
2640                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2641         } while (va < va_last);
2642 }
2643
2644 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2645 static void
2646 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2647 {
2648         struct md_page *pvh;
2649         pv_entry_t pv;
2650         vm_offset_t va_last;
2651         vm_page_t m;
2652
2653         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2654         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2655             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2656
2657         /*
2658          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2659          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2660          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2661          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2662          * removes one of the mappings that is being promoted.
2663          */
2664         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2665         va = trunc_4mpage(va);
2666         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2667         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2668         pvh = pa_to_pvh(pa);
2669         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2670         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2671         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2672         do {
2673                 m++;
2674                 va += PAGE_SIZE;
2675                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2676         } while (va < va_last);
2677 }
2678 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2679
2680 static void
2681 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2682 {
2683         pv_entry_t pv;
2684
2685         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2686         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2687         free_pv_entry(pmap, pv);
2688 }
2689
2690 static void
2691 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2692 {
2693         struct md_page *pvh;
2694
2695         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2696         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2697         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2698                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2699                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2700                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2701         }
2702 }
2703
2704 /*
2705  * Create a pv entry for page at pa for
2706  * (pmap, va).
2707  */
2708 static void
2709 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2710 {
2711         pv_entry_t pv;
2712
2713         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2714         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2715         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2716         pv->pv_va = va;
2717         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2718 }
2719
2720 /*
2721  * Conditionally create a pv entry.
2722  */
2723 static boolean_t
2724 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2725 {
2726         pv_entry_t pv;
2727
2728         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2729         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2730         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2731             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2732                 pv->pv_va = va;
2733                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2734                 return (TRUE);
2735         } else
2736                 return (FALSE);
2737 }
2738
2739 /*
2740  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2741  */
2742 static bool
2743 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2744 {
2745         struct md_page *pvh;
2746         pv_entry_t pv;
2747         bool noreclaim;
2748
2749         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2750         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2751         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2752             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2753                 return (false);
2754         pv->pv_va = va;
2755         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2756         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2757         return (true);
2758 }
2759
2760 /*
2761  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2762  */
2763 static void
2764 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2765 {
2766         pt_entry_t *pte;
2767
2768         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2769                 *pte = newpte;  
2770                 newpte += PAGE_SIZE;
2771         }
2772 }
2773
2774 /*
2775  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2776  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2777  */
2778 static boolean_t
2779 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2780 {
2781         pd_entry_t newpde, oldpde;
2782         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2783         vm_paddr_t mptepa;
2784         vm_page_t mpte;
2785         struct spglist free;
2786         vm_offset_t sva;
2787
2788         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2789         oldpde = *pde;
2790         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2791             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2792         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2793             NULL) {
2794                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2795                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2796                     " is missing"));
2797
2798                 /*
2799                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2800                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2801                  * allocation of the new page table page fails.
2802                  */
2803                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2804                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2805                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2806                         SLIST_INIT(&free);
2807                         sva = trunc_4mpage(va);
2808                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2809                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2810                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2811                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2812                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2813                             " in pmap %p", va, pmap);
2814                         return (FALSE);
2815                 }
2816                 if (pmap != kernel_pmap) {
2817                         mpte->ref_count = NPTEPG;
2818                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2819                 }
2820         }
2821         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2822
2823         /*
2824          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2825          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2826          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2827          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2828          */
2829         if (pmap == kernel_pmap)
2830                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2831         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2832                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2833                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2834 #ifdef SMP
2835                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2836 #endif
2837                         invlcaddr(PADDR1);
2838                         PMAP1changed++;
2839                 } else
2840 #ifdef SMP
2841                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2842                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2843                         invlcaddr(PADDR1);
2844                         PMAP1changedcpu++;
2845                 } else
2846 #endif
2847                         PMAP1unchanged++;
2848                 firstpte = PADDR1;
2849         } else {
2850                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2851                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2852                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2853                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2854                             (vm_offset_t)PADDR2);
2855                 }
2856                 firstpte = PADDR2;
2857         }
2858         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2859         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2860             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2861         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2862             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2863         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2864         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2865                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2866
2867         /*
2868          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2869          * initialize it.
2870          */
2871         if (mpte->valid == 0)
2872                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2873
2874         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2875             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2876             " addresses"));
2877
2878         /*
2879          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2880          * entries.
2881          */ 
2882         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2883                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2884         
2885         /*
2886          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2887          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2888          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2889          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2890          * the read above and the store below. 
2891          */
2892         if (workaround_erratum383)
2893                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2894         else if (pmap == kernel_pmap)
2895                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2896         else
2897                 pde_store(pde, newpde); 
2898         if (firstpte == PADDR2)
2899                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2900
2901         /*
2902          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2903          */
2904         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2905
2906         /*
2907          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2908          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2909          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2910          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2911          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2912          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2913          * the 2mpage to referencing the page table page.
2914          */
2915         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2916                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2917
2918         pmap_pde_demotions++;
2919         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2920             " in pmap %p", va, pmap);
2921         return (TRUE);
2922 }
2923
2924 /*
2925  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2926  */
2927 static void
2928 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2929 {
2930         pd_entry_t newpde;
2931         vm_paddr_t mptepa;
2932         vm_page_t mpte;
2933
2934         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2935         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2936         if (mpte == NULL)
2937                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2938
2939         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2940         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2941
2942         /*
2943          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2944          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2945          */
2946         if (mpte->valid != 0)
2947                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2948
2949         /*
2950          * Remove the mapping.
2951          */
2952         if (workaround_erratum383)
2953                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2954         else 
2955                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2956
2957         /*
2958          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2959          */
2960         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2961 }
2962
2963 /*
2964  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2965  */
2966 static void
2967 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2968     struct spglist *free)
2969 {
2970         struct md_page *pvh;
2971         pd_entry_t oldpde;
2972         vm_offset_t eva, va;
2973         vm_page_t m, mpte;
2974
2975         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2976         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2977             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2978         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2979         if (oldpde & PG_W)
2980                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2981
2982         /*
2983          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2984          * PG_G.
2985          */
2986         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2987                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2988
2989         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2990         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2991                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2992                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2993                 eva = sva + NBPDR;
2994                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2995                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2996                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2997                                 vm_page_dirty(m);
2998                         if (oldpde & PG_A)
2999                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3000                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3001                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3002                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3003                 }
3004         }
3005         if (pmap == kernel_pmap) {
3006                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3007         } else {
3008                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3009                 if (mpte != NULL) {
3010                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3011                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
3012                         pmap->pm_stats.resident_count--;
3013                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
3014                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
3015                         mpte->ref_count = 0;
3016                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3017                 }
3018         }
3019 }
3020
3021 /*
3022  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3023  */
3024 static int
3025 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
3026     struct spglist *free)
3027 {
3028         pt_entry_t oldpte;
3029         vm_page_t m;
3030
3031         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3032         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3033         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3034         KASSERT(oldpte != 0,
3035             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
3036         if (oldpte & PG_W)
3037                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3038         /*
3039          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3040          * PG_G.
3041          */
3042         if (oldpte & PG_G)
3043                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
3044         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
3045         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3046                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3047                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3048                         vm_page_dirty(m);
3049                 if (oldpte & PG_A)
3050                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3051                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3052         }
3053         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3054 }
3055
3056 /*
3057  * Remove a single page from a process address space
3058  */
3059 static void
3060 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3061 {
3062         pt_entry_t *pte;
3063
3064         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3065         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3066         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3067         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3068                 return;
3069         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3070         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3071 }
3072
3073 /*
3074  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3075  */
3076 static bool
3077 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3078     struct spglist *free)
3079 {
3080         pt_entry_t *pte;
3081         bool anyvalid;
3082
3083         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3084         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3085         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3086         anyvalid = false;
3087         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3088             sva += PAGE_SIZE) {
3089                 if (*pte == 0)
3090                         continue;
3091
3092                 /*
3093                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3094                  * pmap_remove_pte().
3095                  */
3096                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3097                         anyvalid = true;
3098
3099                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3100                         break;
3101         }
3102         return (anyvalid);
3103 }
3104
3105 /*
3106  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3107  *
3108  *      It is assumed that the start and end are properly
3109  *      rounded to the page size.
3110  */
3111 static void
3112 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3113 {
3114         vm_offset_t pdnxt;
3115         pd_entry_t ptpaddr;
3116         struct spglist free;
3117         int anyvalid;
3118
3119         /*
3120          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3121          */
3122         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3123                 return;
3124
3125         anyvalid = 0;
3126         SLIST_INIT(&free);
3127
3128         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3129         sched_pin();
3130         PMAP_LOCK(pmap);
3131
3132         /*
3133          * special handling of removing one page.  a very
3134          * common operation and easy to short circuit some
3135          * code.
3136          */
3137         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3138             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3139                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3140                 goto out;
3141         }
3142
3143         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3144                 u_int pdirindex;
3145
3146                 /*
3147                  * Calculate index for next page table.
3148                  */
3149                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3150                 if (pdnxt < sva)
3151                         pdnxt = eva;
3152                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3153                         break;
3154
3155                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3156                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3157
3158                 /*
3159                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3160                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3161                  */
3162                 if (ptpaddr == 0)
3163                         continue;
3164
3165                 /*
3166                  * Check for large page.
3167                  */
3168                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3169                         /*
3170                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3171                          * demote the mapping and fall through.
3172                          */
3173                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3174                                 /*
3175                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3176                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3177                                  */
3178                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3179                                         anyvalid = 1;
3180                                 pmap_remove_pde(pmap,
3181                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3182                                 continue;
3183                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3184                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3185                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3186                                 continue;
3187                         }
3188                 }
3189
3190                 /*
3191                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3192                  * by the current page table page, or to the end of the
3193                  * range being removed.
3194                  */
3195                 if (pdnxt > eva)
3196                         pdnxt = eva;
3197
3198                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3199                         anyvalid = 1;
3200         }
3201 out:
3202         sched_unpin();
3203         if (anyvalid)
3204                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3205         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3206         PMAP_UNLOCK(pmap);
3207         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3208 }
3209
3210 /*
3211  *      Routine:        pmap_remove_all
3212  *      Function:
3213  *              Removes this physical page from
3214  *              all physical maps in which it resides.
3215  *              Reflects back modify bits to the pager.
3216  *
3217  *      Notes:
3218  *              Original versions of this routine were very
3219  *              inefficient because they iteratively called
3220  *              pmap_remove (slow...)
3221  */
3222
3223 static void
3224 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3225 {
3226         struct md_page *pvh;
3227         pv_entry_t pv;
3228         pmap_t pmap;
3229         pt_entry_t *pte, tpte;
3230         pd_entry_t *pde;
3231         vm_offset_t va;
3232         struct spglist free;
3233
3234         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3235             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3236         SLIST_INIT(&free);
3237         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3238         sched_pin();
3239         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3240                 goto small_mappings;
3241         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3242         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3243                 va = pv->pv_va;
3244                 pmap = PV_PMAP(pv);
3245                 PMAP_LOCK(pmap);
3246                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3247                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3248                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3249         }
3250 small_mappings:
3251         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3252                 pmap = PV_PMAP(pv);
3253                 PMAP_LOCK(pmap);
3254                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3255                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3256                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3257                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3258                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3259                 tpte = pte_load_clear(pte);
3260                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3261                     pmap, pv->pv_va));
3262                 if (tpte & PG_W)
3263                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3264                 if (tpte & PG_A)
3265                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3266
3267                 /*
3268                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3269                  */
3270                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3271                         vm_page_dirty(m);
3272                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3273                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3274                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3275                 free_pv_entry(pmap, pv);
3276                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3277         }
3278         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3279         sched_unpin();
3280         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3281         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3282 }
3283
3284 /*
3285  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3286  */
3287 static boolean_t
3288 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3289 {
3290         pd_entry_t newpde, oldpde;
3291         vm_page_t m, mt;
3292         boolean_t anychanged;
3293
3294         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3295         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3296             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3297         anychanged = FALSE;
3298 retry:
3299         oldpde = newpde = *pde;
3300         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3301                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3302                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3303                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3304                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3305                                 vm_page_dirty(mt);
3306                 }
3307                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3308         }
3309 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3310         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3311                 newpde |= pg_nx;
3312 #endif
3313         if (newpde != oldpde) {
3314                 /*
3315                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3316                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3317                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3318                  */
3319                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3320                         goto retry;
3321                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3322                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3323                 else
3324                         anychanged = TRUE;
3325         }
3326         return (anychanged);
3327 }
3328
3329 /*
3330  *      Set the physical protection on the
3331  *      specified range of this map as requested.
3332  */
3333 static void
3334 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3335     vm_prot_t prot)
3336 {
3337         vm_offset_t pdnxt;
3338         pd_entry_t ptpaddr;
3339         pt_entry_t *pte;
3340         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3341
3342         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3343         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3344                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3345                 return;
3346         }
3347
3348 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3349         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3350             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3351                 return;
3352 #else
3353         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3354                 return;
3355 #endif
3356
3357         if (pmap_is_current(pmap))
3358                 pv_lists_locked = FALSE;
3359         else {
3360                 pv_lists_locked = TRUE;
3361 resume:
3362                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3363                 sched_pin();
3364         }
3365         anychanged = FALSE;
3366
3367         PMAP_LOCK(pmap);
3368         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3369                 pt_entry_t obits, pbits;
3370                 u_int pdirindex;
3371
3372                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3373                 if (pdnxt < sva)
3374                         pdnxt = eva;
3375
3376                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3377                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3378
3379                 /*
3380                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3381                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3382                  */
3383                 if (ptpaddr == 0)
3384                         continue;
3385
3386                 /*
3387                  * Check for large page.
3388                  */
3389                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3390                         /*
3391                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3392                          * demote the mapping and fall through.
3393                          */
3394                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3395                                 /*
3396                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3397                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3398                                  */
3399                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3400                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3401                                         anychanged = TRUE;
3402                                 continue;
3403                         } else {
3404                                 if (!pv_lists_locked) {
3405                                         pv_lists_locked = TRUE;
3406                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3407                                                 if (anychanged)
3408                                                         pmap_invalidate_all_int(
3409                                                             pmap);
3410                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3411                                                 goto resume;
3412                                         }
3413                                         sched_pin();
3414                                 }
3415                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3416                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3417                                         /*
3418                                          * The large page mapping was
3419                                          * destroyed.
3420                                          */
3421                                         continue;
3422                                 }
3423                         }
3424                 }
3425
3426                 if (pdnxt > eva)
3427                         pdnxt = eva;
3428
3429                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3430                     sva += PAGE_SIZE) {
3431                         vm_page_t m;
3432
3433 retry:
3434                         /*
3435                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3436                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3437                          * significant 32 bits.
3438                          */
3439                         obits = pbits = *pte;
3440                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3441                                 continue;
3442
3443                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3444                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3445                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3446                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3447                                         vm_page_dirty(m);
3448                                 }
3449                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3450                         }
3451 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3452                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3453                                 pbits |= pg_nx;
3454 #endif
3455
3456                         if (pbits != obits) {
3457 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3458                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3459                                         goto retry;
3460 #else
3461                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3462                                     pbits))
3463                                         goto retry;
3464 #endif
3465                                 if (obits & PG_G)
3466                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3467                                 else
3468                                         anychanged = TRUE;
3469                         }
3470                 }
3471         }
3472         if (anychanged)
3473                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3474         if (pv_lists_locked) {
3475                 sched_unpin();
3476                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3477         }
3478         PMAP_UNLOCK(pmap);
3479 }
3480
3481 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3482 /*
3483  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3484  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3485  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3486  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3487  * mappings must have identical characteristics.
3488  *
3489  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3490  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3491  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3492  * pmap.
3493  */
3494 static void
3495 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3496 {
3497         pd_entry_t newpde;
3498         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3499         vm_offset_t oldpteva;
3500         vm_page_t mpte;
3501
3502         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3503
3504         /*
3505          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3506          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3507          * within a 2- or 4MB page.
3508          */
3509         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3510 setpde:
3511         newpde = *firstpte;
3512         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3513                 pmap_pde_p_failures++;
3514                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3515                     " in pmap %p", va, pmap);
3516                 return;
3517         }
3518         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3519                 pmap_pde_p_failures++;
3520                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3521                     " in pmap %p", va, pmap);
3522                 return;
3523         }
3524         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3525                 /*
3526                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3527                  * a TLB invalidation.
3528                  */
3529                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3530                     ~PG_RW))  
3531                         goto setpde;
3532                 newpde &= ~PG_RW;
3533         }
3534
3535         /* 
3536          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3537          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3538          * characteristics to the first PTE.
3539          */
3540         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3541         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3542 setpte:
3543                 oldpte = *pte;
3544                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3545                         pmap_pde_p_failures++;
3546                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3547                             " in pmap %p", va, pmap);
3548                         return;
3549                 }
3550                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3551                         /*
3552                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3553                          * without a TLB invalidation.
3554                          */
3555                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3556                             oldpte & ~PG_RW))
3557                                 goto setpte;
3558                         oldpte &= ~PG_RW;
3559                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3560                             (va & ~PDRMASK);
3561                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3562                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3563                 }
3564                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3565                         pmap_pde_p_failures++;
3566                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3567                             " in pmap %p", va, pmap);
3568                         return;
3569                 }
3570                 pa -= PAGE_SIZE;
3571         }
3572
3573         /*
3574          * Save the page table page in its current state until the PDE
3575          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3576          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3577          */
3578         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3579         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3580             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3581             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3582         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3583             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3584         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3585                 pmap_pde_p_failures++;
3586                 CTR2(KTR_PMAP,
3587                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3588                     pmap);
3589                 return;
3590         }
3591
3592         /*
3593          * Promote the pv entries.
3594          */
3595         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3596                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3597
3598         /*
3599          * Propagate the PAT index to its proper position.
3600          */
3601         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3602                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3603
3604         /*
3605          * Map the superpage.
3606          */
3607         if (workaround_erratum383)
3608                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3609         else if (pmap == kernel_pmap)
3610                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3611         else
3612                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3613
3614         pmap_pde_promotions++;
3615         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3616             " in pmap %p", va, pmap);
3617 }
3618 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3619
3620 /*
3621  *      Insert the given physical page (p) at
3622  *      the specified virtual address (v) in the
3623  *      target physical map with the protection requested.
3624  *
3625  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3626  *      that the related pte can not be reclaimed.
3627  *
3628  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3629  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3630  *      insert this page into the given map NOW.
3631  */
3632 static int
3633 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3634     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3635 {
3636         pd_entry_t *pde;
3637         pt_entry_t *pte;
3638         pt_entry_t newpte, origpte;
3639         pv_entry_t pv;
3640         vm_paddr_t opa, pa;
3641         vm_page_t mpte, om;
3642         int rv;
3643
3644         va = trunc_page(va);
3645         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3646             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3647             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3648         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3649             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3650             va));
3651         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3652             va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3653             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3654         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3655                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3656         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3657             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3658         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3659         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3660         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3661                 newpte |= PG_M;
3662         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3663                 newpte |= PG_RW;
3664         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3665             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3666 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3667         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3668                 newpte |= pg_nx;
3669 #endif
3670         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3671                 newpte |= PG_W;
3672         if (pmap != kernel_pmap)
3673                 newpte |= PG_U;
3674         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3675         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3676                 newpte |= PG_MANAGED;
3677
3678         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3679         PMAP_LOCK(pmap);
3680         sched_pin();
3681         if (psind == 1) {
3682                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3683                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3684                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3685                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3686                 goto out;
3687         }
3688
3689         pde = pmap_pde(pmap, va);
3690         if (pmap != kernel_pmap) {
3691                 /*
3692                  * va is for UVA.
3693                  * In the case that a page table page is not resident,
3694                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3695                  * demotion.
3696                  */
3697                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3698                 if (mpte == NULL) {
3699                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3700                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3701                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3702                         goto out;
3703                 }
3704         } else {
3705                 /*
3706                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3707                  * to install a page table page.  PG_V is also
3708                  * asserted by pmap_demote_pde().
3709                  */
3710                 mpte = NULL;
3711                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3712                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3713                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3714                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3715                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3716         }
3717         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3718
3719         /*
3720          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3721          * happen.  We should have either allocated the page table
3722          * page or demoted the existing mapping above.
3723          */
3724         if (pte == NULL) {
3725                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3726                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3727         }
3728
3729         origpte = *pte;
3730         pv = NULL;
3731
3732         /*
3733          * Is the specified virtual address already mapped?
3734          */
3735         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3736                 /*
3737                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3738                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3739                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3740                  * the PT page will be also.
3741                  */
3742                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3743                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3744                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3745                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3746
3747                 /*
3748                  * Remove the extra PT page reference.
3749                  */
3750                 if (mpte != NULL) {
3751                         mpte->ref_count--;
3752                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3753                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3754                              " va: 0x%x", va));
3755                 }
3756
3757                 /*
3758                  * Has the physical page changed?
3759                  */
3760                 opa = origpte & PG_FRAME;
3761                 if (opa == pa) {
3762                         /*
3763                          * No, might be a protection or wiring change.
3764                          */
3765                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3766                             (newpte & PG_RW) != 0)
3767                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3768                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3769                                 goto unchanged;
3770                         goto validate;
3771                 }
3772
3773                 /*
3774                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3775                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3776                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3777                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3778                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3779                  * avoiding an allocation.
3780                  *
3781                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3782                  */
3783                 origpte = pte_load_clear(pte);
3784                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3785                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3786                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3787                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3788
3789                         /*
3790                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3791                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3792                          * pmap_ts_referenced().
3793                          */
3794                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3795                                 vm_page_dirty(om);
3796                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
3797                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3798                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3799                         }
3800                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3801                         KASSERT(pv != NULL,
3802                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3803                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3804                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3805                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3806                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3807                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3808                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3809                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3810                 } else {
3811                         /*
3812                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
3813                          * is set.
3814                          */
3815                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3816                 }
3817                 origpte = 0;
3818         } else {
3819                 /*
3820                  * Increment the counters.
3821                  */
3822                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3823                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3824                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3825         }
3826
3827         /*
3828          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3829          */
3830         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3831                 if (pv == NULL) {
3832                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3833                         pv->pv_va = va;
3834                 }
3835                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3836                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3837                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3838         }
3839
3840         /*
3841          * Update the PTE.
3842          */
3843         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3844 validate:
3845                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3846                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3847                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3848                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3849                     (PG_M | PG_RW)) {
3850                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3851                                 vm_page_dirty(m);
3852
3853                         /*
3854                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3855                          * invalidation may nonetheless be required because
3856                          * the PTE no longer has PG_M set.
3857                          */
3858                 }
3859 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3860                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3861                         /*
3862                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3863                          */
3864                         goto unchanged;
3865                 }
3866 #endif
3867                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3868                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3869         } else
3870                 pte_store_zero(pte, newpte);
3871
3872 unchanged:
3873
3874 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3875         /*
3876          * If both the page table page and the reservation are fully
3877          * populated, then attempt promotion.
3878          */
3879         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
3880             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3881             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3882                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3883 #endif
3884
3885         rv = KERN_SUCCESS;
3886 out:
3887         sched_unpin();
3888         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3889         PMAP_UNLOCK(pmap);
3890         return (rv);
3891 }
3892
3893 /*
3894  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3895  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3896  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3897  * reclaiming another PV entry.
3898  */
3899 static bool
3900 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3901 {
3902         pd_entry_t newpde;
3903
3904         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3905         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3906             PG_PS | PG_V;
3907         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3908                 newpde |= PG_MANAGED;
3909 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3910         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3911                 newpde |= pg_nx;
3912 #endif
3913         if (pmap != kernel_pmap)
3914                 newpde |= PG_U;
3915         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3916             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3917             KERN_SUCCESS);
3918 }
3919
3920 /*
3921  * Returns true if every page table entry in the page table page that maps
3922  * the specified kernel virtual address is zero.
3923  */
3924 static bool
3925 pmap_every_pte_zero(vm_offset_t va)
3926 {
3927         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3928
3929         KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("va is misaligned"));
3930         pte = vtopte(va);
3931         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
3932                 if (*pte != 0)
3933                         return (false);
3934         }
3935         return (true);
3936 }
3937
3938 /*
3939  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3940  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3941  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3942  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3943  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3944  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3945  *
3946  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3947  */
3948 static int
3949 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3950     vm_page_t m)
3951 {
3952         struct spglist free;
3953         pd_entry_t oldpde, *pde;
3954         vm_page_t mt;
3955
3956         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3957         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3958             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3959         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3960             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3961         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3962         pde = pmap_pde(pmap, va);
3963         oldpde = *pde;
3964         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3965                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (pmap !=
3966                     kernel_pmap || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
3967                     !pmap_every_pte_zero(va))) {
3968                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3969                             " in pmap %p", va, pmap);
3970                         return (KERN_FAILURE);
3971                 }
3972                 /* Break the existing mapping(s). */
3973                 SLIST_INIT(&free);
3974                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3975                         /*
3976                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3977                          * reserved PT page could be freed.
3978                          */
3979                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3980                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3981                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3982                 } else {
3983                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3984                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3985                 }
3986                 if (pmap != kernel_pmap) {
3987                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3988                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3989                             pde));
3990                 } else {
3991                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3992                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
3993
3994                         /*
3995                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
3996                          * leave the kernel page table page zero filled.
3997                          */
3998                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3999                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4000                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4001                 }
4002         }
4003         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4004                 /*
4005                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4006                  */
4007                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
4008                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4009                             " in pmap %p", va, pmap);
4010                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4011                 }
4012                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4013                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4014                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4015                 }
4016         }
4017
4018         /*
4019          * Increment counters.
4020          */
4021         if ((newpde & PG_W) != 0)
4022                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4023         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4024
4025         /*
4026          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4027          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4028          */
4029         pde_store(pde, newpde);
4030
4031         pmap_pde_mappings++;
4032         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4033             va, pmap);
4034         return (KERN_SUCCESS);
4035 }
4036
4037 /*
4038  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4039  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4040  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4041  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4042  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4043  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4044  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4045  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4046  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4047  * corresponding offset from m_start are mapped.
4048  */
4049 static void
4050 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4051     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4052 {
4053         vm_offset_t va;
4054         vm_page_t m, mpte;
4055         vm_pindex_t diff, psize;
4056
4057         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4058
4059         psize = atop(end - start);
4060         mpte = NULL;
4061         m = m_start;
4062         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4063         PMAP_LOCK(pmap);
4064         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4065                 va = start + ptoa(diff);
4066                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4067                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
4068                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
4069                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4070                 else
4071                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4072                             mpte);
4073                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4074         }
4075         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4076         PMAP_UNLOCK(pmap);
4077 }
4078
4079 /*
4080  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4081  * 1. Current pmap & pmap exists.
4082  * 2. Not wired.
4083  * 3. Read access.
4084  * 4. No page table pages.
4085  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4086  */
4087
4088 static void
4089 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4090     vm_prot_t prot)
4091 {
4092
4093         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4094         PMAP_LOCK(pmap);
4095         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4096         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4097         PMAP_UNLOCK(pmap);
4098 }
4099
4100 static vm_page_t
4101 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4102     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4103 {
4104         pt_entry_t newpte, *pte;
4105
4106         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
4107             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4108             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4109         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4110         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4111
4112         /*
4113          * In the case that a page table page is not
4114          * resident, we are creating it here.
4115          */
4116         if (pmap != kernel_pmap) {
4117                 u_int ptepindex;
4118                 pd_entry_t ptepa;
4119
4120                 /*
4121                  * Calculate pagetable page index
4122                  */
4123                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4124                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4125                         mpte->ref_count++;
4126                 } else {
4127                         /*
4128                          * Get the page directory entry
4129                          */
4130                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4131
4132                         /*
4133                          * If the page table page is mapped, we just increment
4134                          * the hold count, and activate it.
4135                          */
4136                         if (ptepa) {
4137                                 if (ptepa & PG_PS)
4138                                         return (NULL);
4139                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4140                                 mpte->ref_count++;
4141                         } else {
4142                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4143                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4144                                 if (mpte == NULL)
4145                                         return (mpte);
4146                         }
4147                 }
4148         } else {
4149                 mpte = NULL;
4150         }
4151
4152         sched_pin();
4153         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4154         if (*pte) {
4155                 if (mpte != NULL)
4156                         mpte->ref_count--;
4157                 sched_unpin();
4158                 return (NULL);
4159         }
4160
4161         /*
4162          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4163          */
4164         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4165             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4166                 if (mpte != NULL)
4167                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4168                 sched_unpin();
4169                 return (NULL);
4170         }
4171
4172         /*
4173          * Increment counters
4174          */
4175         pmap->pm_stats.resident_count++;
4176
4177         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4178             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4179         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4180                 newpte |= PG_MANAGED;
4181 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4182         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4183                 newpte |= pg_nx;
4184 #endif
4185         if (pmap != kernel_pmap)
4186                 newpte |= PG_U;
4187         pte_store_zero(pte, newpte);
4188         sched_unpin();
4189         return (mpte);
4190 }
4191
4192 /*
4193  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4194  * to be used for panic dumps.
4195  */
4196 static void *
4197 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4198 {
4199         vm_offset_t va;
4200
4201         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4202         pmap_kenter(va, pa);
4203         invlpg(va);
4204         return ((void *)crashdumpmap);
4205 }
4206
4207 /*
4208  * This code maps large physical mmap regions into the
4209  * processor address space.  Note that some shortcuts
4210  * are taken, but the code works.
4211  */
4212 static void
4213 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4214     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4215 {
4216         pd_entry_t *pde;
4217         vm_paddr_t pa, ptepa;
4218         vm_page_t p;
4219         int pat_mode;
4220
4221         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4222         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4223             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4224         if (pg_ps_enabled &&
4225             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4226                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4227                         return;
4228                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4229                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4230                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4231                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4232
4233                 /*
4234                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4235                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4236                  */
4237                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4238                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4239                         return;
4240
4241                 /*
4242                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4243                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4244                  * memory attributes.
4245                  */
4246                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4247                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4248                     pa += PAGE_SIZE) {
4249                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4250                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4251                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4252                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4253                                 return;
4254                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4255                 }
4256
4257                 /*
4258                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4259                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4260                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4261                  */
4262                 PMAP_LOCK(pmap);
4263                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4264                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4265                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4266                         if (*pde == 0) {
4267                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4268                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4269                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4270                                     PAGE_SIZE;
4271                                 pmap_pde_mappings++;
4272                         }
4273                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4274                         addr += NBPDR;
4275                 }
4276                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4277         }
4278 }
4279
4280 /*
4281  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4282  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4283  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4284  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4285  *
4286  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4287  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4288  */
4289 static void
4290 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4291 {
4292         vm_offset_t pdnxt;
4293         pd_entry_t *pde;
4294         pt_entry_t *pte;
4295         boolean_t pv_lists_locked;
4296
4297         if (pmap_is_current(pmap))
4298                 pv_lists_locked = FALSE;
4299         else {
4300                 pv_lists_locked = TRUE;
4301 resume:
4302                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4303                 sched_pin();
4304         }
4305         PMAP_LOCK(pmap);
4306         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4307                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4308                 if (pdnxt < sva)
4309                         pdnxt = eva;
4310                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4311                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4312                         continue;
4313                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4314                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4315                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4316                                     (uintmax_t)*pde);
4317
4318                         /*
4319                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4320                          * demote the mapping and fall through.
4321                          */
4322                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4323                                 /*
4324                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4325                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4326                                  * significant 32 bits.
4327                                  */
4328                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4329                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4330                                     PAGE_SIZE;
4331                                 continue;
4332                         } else {
4333                                 if (!pv_lists_locked) {
4334                                         pv_lists_locked = TRUE;
4335                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4336                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4337                                                 /* Repeat sva. */
4338                                                 goto resume;
4339                                         }
4340                                         sched_pin();
4341                                 }
4342                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4343                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4344                         }
4345                 }
4346                 if (pdnxt > eva)
4347                         pdnxt = eva;
4348                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4349                     sva += PAGE_SIZE) {
4350                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4351                                 continue;
4352                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4353                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4354                                     (uintmax_t)*pte);
4355
4356                         /*
4357                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4358                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4359                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4360                          *
4361                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4362                          */
4363                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4364                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4365                 }
4366         }
4367         if (pv_lists_locked) {
4368                 sched_unpin();
4369                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4370         }
4371         PMAP_UNLOCK(pmap);
4372 }
4373
4374
4375 /*
4376  *      Copy the range specified by src_addr/len
4377  *      from the source map to the range dst_addr/len
4378  *      in the destination map.
4379  *
4380  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4381  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4382  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4383  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4384  *      world.
4385  */
4386
4387 static void
4388 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4389     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4390 {
4391         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4392         pd_entry_t srcptepaddr;
4393         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4394         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4395         u_int ptepindex;
4396
4397         if (dst_addr != src_addr)
4398                 return;
4399
4400         end_addr = src_addr + len;
4401
4402         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4403         if (dst_pmap < src_pmap) {
4404                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4405                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4406         } else {
4407                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4408                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4409         }
4410         sched_pin();
4411         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4412                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4413                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4414
4415                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4416                 if (pdnxt < addr)
4417                         pdnxt = end_addr;
4418                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4419
4420                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4421                 if (srcptepaddr == 0)
4422                         continue;
4423
4424                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4425                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4426                                 continue;
4427                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4428                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4429                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4430                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4431                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4432                                     ~PG_W;
4433                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4434                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4435                                 pmap_pde_mappings++;
4436                         }
4437                         continue;
4438                 }
4439
4440                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4441                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4442                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4443
4444                 if (pdnxt > end_addr)
4445                         pdnxt = end_addr;
4446
4447                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4448                 while (addr < pdnxt) {
4449                         ptetemp = *src_pte;
4450                         /*
4451                          * we only virtual copy managed pages
4452                          */
4453                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4454                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4455                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4456                                 if (dstmpte == NULL)
4457                                         goto out;
4458                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4459                                 if (*dst_pte == 0 &&
4460                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4461                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4462                                         /*
4463                                          * Clear the wired, modified, and
4464                                          * accessed (referenced) bits
4465                                          * during the copy.
4466                                          */
4467                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4468                                             PG_A);
4469                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4470                                 } else {
4471                                         pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4472                                         goto out;
4473                                 }
4474                                 if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4475                                         break;
4476                         }
4477                         addr += PAGE_SIZE;
4478                         src_pte++;
4479                 }
4480         }
4481 out:
4482         sched_unpin();
4483         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4484         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4485         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4486 }
4487
4488 /*
4489  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4490  */
4491 static __inline void
4492 pagezero(void *page)
4493 {
4494 #if defined(I686_CPU)
4495         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4496                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4497                         sse2_pagezero(page);
4498                 else
4499                         i686_pagezero(page);
4500         } else
4501 #endif
4502                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4503 }
4504
4505 /*
4506  * Zero the specified hardware page.
4507  */
4508 static void
4509 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4510 {
4511         pt_entry_t *cmap_pte2;
4512         struct pcpu *pc;
4513
4514         sched_pin();
4515         pc = get_pcpu();
4516         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4517         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4518         if (*cmap_pte2)
4519                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4520         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4521             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4522         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4523         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4524         *cmap_pte2 = 0;
4525
4526         /*
4527          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4528          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4529          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4530          */
4531         sched_unpin();
4532         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4533 }
4534
4535 /*
4536  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4537  * cover an area beyond a single hardware page.
4538  */
4539 static void
4540 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4541 {
4542         pt_entry_t *cmap_pte2;
4543         struct pcpu *pc;
4544
4545         sched_pin();
4546         pc = get_pcpu();
4547         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4548         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4549         if (*cmap_pte2)
4550                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4551         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4552             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4553         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4554         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4555                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4556         else
4557                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4558         *cmap_pte2 = 0;
4559         sched_unpin();
4560         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4561 }
4562
4563 /*
4564  * Copy 1 specified hardware page to another.
4565  */
4566 static void
4567 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4568 {
4569         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4570         struct pcpu *pc;
4571
4572         sched_pin();
4573         pc = get_pcpu();
4574         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4575         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4576         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4577         if (*cmap_pte1)
4578                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4579         if (*cmap_pte2)
4580                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4581         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4582             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4583         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4584         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4585             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4586         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4587         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4588         *cmap_pte1 = 0;
4589         *cmap_pte2 = 0;
4590         sched_unpin();
4591         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4592 }
4593
4594 static void
4595 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4596     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4597 {
4598         vm_page_t a_pg, b_pg;
4599         char *a_cp, *b_cp;
4600         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4601         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4602         struct pcpu *pc;
4603         int cnt;
4604
4605         sched_pin();
4606         pc = get_pcpu();
4607         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4608         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4609         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4610         if (*cmap_pte1 != 0)
4611                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4612         if (*cmap_pte2 != 0)
4613                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4614         while (xfersize > 0) {
4615                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4616                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4617                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4618                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4619                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4620                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4621                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4622                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4623                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4624                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4625                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4626                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4627                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4628                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4629                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4630                 a_offset += cnt;
4631                 b_offset += cnt;
4632                 xfersize -= cnt;
4633         }
4634         *cmap_pte1 = 0;
4635         *cmap_pte2 = 0;
4636         sched_unpin();
4637         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4638 }
4639
4640 /*
4641  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4642  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4643  * be changed upwards or downwards in the future; it
4644  * is only necessary that true be returned for a small
4645  * subset of pmaps for proper page aging.
4646  */
4647 static boolean_t
4648 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4649 {
4650         struct md_page *pvh;
4651         pv_entry_t pv;
4652         int loops = 0;
4653         boolean_t rv;
4654
4655         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4656             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4657         rv = FALSE;
4658         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4659         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4660                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4661                         rv = TRUE;
4662                         break;
4663                 }
4664                 loops++;
4665                 if (loops >= 16)
4666                         break;
4667         }
4668         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4669                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4670                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4671                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4672                                 rv = TRUE;
4673                                 break;
4674                         }
4675                         loops++;
4676                         if (loops >= 16)
4677                                 break;
4678                 }
4679         }
4680         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4681         return (rv);
4682 }
4683
4684 /*
4685  *      pmap_page_wired_mappings:
4686  *
4687  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4688  *      that are wired.
4689  */
4690 static int
4691 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4692 {
4693         int count;
4694
4695         count = 0;
4696         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4697                 return (count);
4698         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4699         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4700         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4701             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4702                 count);
4703         }
4704         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4705         return (count);
4706 }
4707
4708 /*
4709  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4710  *
4711  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4712  */
4713 static int
4714 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4715 {
4716         pmap_t pmap;
4717         pt_entry_t *pte;
4718         pv_entry_t pv;
4719
4720         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4721         sched_pin();
4722         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4723                 pmap = PV_PMAP(pv);
4724                 PMAP_LOCK(pmap);
4725                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4726                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4727                         count++;
4728                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4729         }
4730         sched_unpin();
4731         return (count);
4732 }
4733
4734 /*
4735  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4736  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4737  */
4738 static boolean_t
4739 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4740 {
4741         boolean_t rv;
4742
4743         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4744                 return (FALSE);
4745         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4746         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4747             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4748             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4749         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4750         return (rv);
4751 }
4752
4753 /*
4754  * Remove all pages from specified address space
4755  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4756  * is special cased for current process only, but
4757  * can have the more generic (and slightly slower)
4758  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4759  * in the case of running down an entire address space.
4760  */
4761 static void
4762 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4763 {
4764         pt_entry_t *pte, tpte;
4765         vm_page_t m, mpte, mt;
4766         pv_entry_t pv;
4767         struct md_page *pvh;
4768         struct pv_chunk *pc, *npc;
4769         struct spglist free;
4770         int field, idx;
4771         int32_t bit;
4772         uint32_t inuse, bitmask;
4773         int allfree;
4774
4775         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4776                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4777                 return;
4778         }
4779         SLIST_INIT(&free);
4780         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4781         PMAP_LOCK(pmap);
4782         sched_pin();
4783         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4784                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4785                     pc->pc_pmap));
4786                 allfree = 1;
4787                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4788                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4789                         while (inuse != 0) {
4790                                 bit = bsfl(inuse);
4791                                 bitmask = 1UL << bit;
4792                                 idx = field * 32 + bit;
4793                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4794                                 inuse &= ~bitmask;
4795
4796                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4797                                 tpte = *pte;
4798                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4799                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4800                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4801                                 }
4802
4803                                 if (tpte == 0) {
4804                                         printf(
4805                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4806                                             pte, pv->pv_va);
4807                                         panic("bad pte");
4808                                 }
4809
4810 /*
4811  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4812  */
4813                                 if (tpte & PG_W) {
4814                                         allfree = 0;
4815                                         continue;
4816                                 }
4817
4818                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4819                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4820                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4821                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4822                                     (uintmax_t)tpte));
4823
4824                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4825                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4826                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4827                                     (uintmax_t)tpte));
4828
4829                                 pte_clear(pte);
4830
4831                                 /*
4832                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4833                                  */
4834                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4835                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4836                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4837                                                         vm_page_dirty(mt);
4838                                         } else
4839                                                 vm_page_dirty(m);
4840                                 }
4841
4842                                 /* Mark free */
4843                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4844                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4845                                 pv_entry_count--;
4846                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4847                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4848                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4849                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4850                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4851                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4852                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4853                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4854                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4855                                         }
4856                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4857                                         if (mpte != NULL) {
4858                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4859                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4860                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4861                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
4862                                                     ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
4863                                                 mpte->ref_count = 0;
4864                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4865                                         }
4866                                 } else {
4867                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4868                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4869                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4870                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4871                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4872                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4873                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4874                                         }
4875                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4876                                 }
4877                         }
4878                 }
4879                 if (allfree) {
4880                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4881                         free_pv_chunk(pc);
4882                 }
4883         }
4884         sched_unpin();
4885         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4886         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4887         PMAP_UNLOCK(pmap);
4888         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4889 }
4890
4891 /*
4892  *      pmap_is_modified:
4893  *
4894  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4895  *      in any physical maps.
4896  */
4897 static boolean_t
4898 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4899 {
4900         boolean_t rv;
4901
4902         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4903             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4904
4905         /*
4906          * If the page is not busied then this check is racy.
4907          */
4908         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4909                 return (FALSE);
4910         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4911         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4912             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4913             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4914         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4915         return (rv);
4916 }
4917
4918 /*
4919  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4920  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4921  * mappings are supported.
4922  */
4923 static boolean_t
4924 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4925 {
4926         pv_entry_t pv;
4927         pt_entry_t *pte;
4928         pmap_t pmap;
4929         boolean_t rv;
4930
4931         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4932         rv = FALSE;
4933         sched_pin();
4934         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4935                 pmap = PV_PMAP(pv);
4936                 PMAP_LOCK(pmap);
4937                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4938                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4939                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4940                 if (rv)
4941                         break;
4942         }
4943         sched_unpin();
4944         return (rv);
4945 }
4946
4947 /*
4948  *      pmap_is_prefaultable:
4949  *
4950  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4951  *      for prefault.
4952  */
4953 static boolean_t
4954 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4955 {
4956         pd_entry_t pde;
4957         boolean_t rv;
4958
4959         rv = FALSE;
4960         PMAP_LOCK(pmap);
4961         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4962         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4963                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4964         PMAP_UNLOCK(pmap);
4965         return (rv);
4966 }
4967
4968 /*
4969  *      pmap_is_referenced:
4970  *
4971  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4972  *      in any physical maps.
4973  */
4974 static boolean_t
4975 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4976 {
4977         boolean_t rv;
4978
4979         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4980             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4981         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4982         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4983             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4984             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4985         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4986         return (rv);
4987 }
4988
4989 /*
4990  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4991  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4992  */
4993 static boolean_t
4994 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4995 {
4996         pv_entry_t pv;
4997         pt_entry_t *pte;
4998         pmap_t pmap;
4999         boolean_t rv;
5000
5001         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5002         rv = FALSE;
5003         sched_pin();
5004         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5005                 pmap = PV_PMAP(pv);
5006                 PMAP_LOCK(pmap);
5007                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5008                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
5009                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5010                 if (rv)
5011                         break;
5012         }
5013         sched_unpin();
5014         return (rv);
5015 }
5016
5017 /*
5018  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5019  */
5020 static void
5021 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
5022 {
5023         struct md_page *pvh;
5024         pv_entry_t next_pv, pv;
5025         pmap_t pmap;
5026         pd_entry_t *pde;
5027         pt_entry_t oldpte, *pte;
5028         vm_offset_t va;
5029
5030         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5031             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5032         vm_page_assert_busied(m);
5033
5034         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5035                 return;
5036         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5037         sched_pin();
5038         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5039                 goto small_mappings;
5040         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5041         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5042                 va = pv->pv_va;
5043                 pmap = PV_PMAP(pv);
5044                 PMAP_LOCK(pmap);
5045                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5046                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5047                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
5048                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5049         }
5050 small_mappings:
5051         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5052                 pmap = PV_PMAP(pv);
5053                 PMAP_LOCK(pmap);
5054                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5055                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5056                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5057                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5058 retry:
5059                 oldpte = *pte;
5060                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5061                         /*
5062                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5063                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5064                          * significant 32 bits.
5065                          */
5066                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5067                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5068                                 goto retry;
5069                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5070                                 vm_page_dirty(m);
5071                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5072                 }
5073                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5074         }
5075         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5076         sched_unpin();
5077         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5078 }
5079
5080 /*
5081  *      pmap_ts_referenced:
5082  *
5083  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5084  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5085  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5086  *      reference bits set.
5087  *
5088  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5089  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5090  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5091  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5092  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5093  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5094  *      to pmap_is_modified().
5095  */
5096 static int
5097 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5098 {
5099         struct md_page *pvh;
5100         pv_entry_t pv, pvf;
5101         pmap_t pmap;
5102         pd_entry_t *pde;
5103         pt_entry_t *pte;
5104         vm_paddr_t pa;
5105         int rtval = 0;
5106
5107         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5108             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5109         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5110         pvh = pa_to_pvh(pa);
5111         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5112         sched_pin();
5113         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5114             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5115                 goto small_mappings;
5116         pv = pvf;
5117         do {
5118                 pmap = PV_PMAP(pv);
5119                 PMAP_LOCK(pmap);
5120                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5121                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5122                         /*
5123                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5124                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5125                          * we only update the 4KB page under test.
5126                          */
5127                         vm_page_dirty(m);
5128                 }
5129                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5130                         /*
5131                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5132                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5133                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5134                          * on the physical page number, the virtual superpage
5135                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5136                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5137                          * reference bit will result in clearing that bit.
5138                          * This function is designed to avoid the selection of
5139                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5140                          *
5141                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5142                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5143                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5144                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5145                          * since the superpage is wired, the current state of
5146                          * its reference bit won't affect page replacement.
5147                          */
5148                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5149                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5150                             (*pde & PG_W) == 0) {
5151                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5152                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5153                         }
5154                         rtval++;
5155                 }
5156                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5157                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5158                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5159                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5160                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5161                 }
5162                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5163                         goto out;
5164         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5165 small_mappings:
5166         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5167                 goto out;
5168         pv = pvf;
5169         do {
5170                 pmap = PV_PMAP(pv);
5171                 PMAP_LOCK(pmap);
5172                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5173                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5174                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5175                     m));
5176                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5177                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5178                         vm_page_dirty(m);
5179                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5180                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5181                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5182                         rtval++;
5183                 }
5184                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5185                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5186                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5187                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5188                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5189                 }
5190         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5191             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5192 out:
5193         sched_unpin();
5194         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5195         return (rtval);
5196 }
5197
5198 /*
5199  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5200  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5201  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5202  */
5203 static void
5204 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5205     int advice)
5206 {
5207         pd_entry_t oldpde, *pde;
5208         pt_entry_t *pte;
5209         vm_offset_t va, pdnxt;
5210         vm_page_t m;
5211         bool anychanged, pv_lists_locked;
5212
5213         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5214                 return;
5215         if (pmap_is_current(pmap))
5216                 pv_lists_locked = false;
5217         else {
5218                 pv_lists_locked = true;
5219 resume:
5220                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5221                 sched_pin();
5222         }
5223         anychanged = false;
5224         PMAP_LOCK(pmap);
5225         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5226                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5227                 if (pdnxt < sva)
5228                         pdnxt = eva;
5229                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5230                 oldpde = *pde;
5231                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5232                         continue;
5233                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5234                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5235                                 continue;
5236                         if (!pv_lists_locked) {
5237                                 pv_lists_locked = true;
5238                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5239                                         if (anychanged)
5240                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5241                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5242                                         goto resume;
5243                                 }
5244                                 sched_pin();
5245                         }
5246                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5247                                 /*
5248                                  * The large page mapping was destroyed.
5249                                  */
5250                                 continue;
5251                         }
5252
5253                         /*
5254                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5255                          * mapping to a single page so that a subsequent
5256                          * access may repromote.  Choosing the last page
5257                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5258                          * generally results in more repromotions.  Since the
5259                          * underlying page table page is fully populated, this
5260                          * removal never frees a page table page.
5261                          */
5262                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5263                                 va = eva;
5264                                 if (va > pdnxt)
5265                                         va = pdnxt;
5266                                 va -= PAGE_SIZE;
5267                                 KASSERT(va >= sva,
5268                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5269                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5270                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5271                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5272                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5273                                 anychanged = true;
5274                         }
5275                 }
5276                 if (pdnxt > eva)
5277                         pdnxt = eva;
5278                 va = pdnxt;
5279                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5280                     sva += PAGE_SIZE) {
5281                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5282                                 goto maybe_invlrng;
5283                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5284                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5285                                         /*
5286                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5287                                          * can be avoided by making the page
5288                                          * dirty now.
5289                                          */
5290                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5291                                         vm_page_dirty(m);
5292                                 }
5293                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5294                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5295                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5296                         else
5297                                 goto maybe_invlrng;
5298                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5299                                 if (va == pdnxt)
5300                                         va = sva;
5301                         } else
5302                                 anychanged = true;
5303                         continue;
5304 maybe_invlrng:
5305                         if (va != pdnxt) {
5306                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5307                                 va = pdnxt;
5308                         }
5309                 }
5310                 if (va != pdnxt)
5311                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5312         }
5313         if (anychanged)
5314                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5315         if (pv_lists_locked) {
5316                 sched_unpin();
5317                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5318         }
5319         PMAP_UNLOCK(pmap);
5320 }
5321
5322 /*
5323  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5324  */
5325 static void
5326 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5327 {
5328         struct md_page *pvh;
5329         pv_entry_t next_pv, pv;
5330         pmap_t pmap;
5331         pd_entry_t oldpde, *pde;
5332         pt_entry_t *pte;
5333         vm_offset_t va;
5334
5335         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5336             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5337         vm_page_assert_busied(m);
5338
5339         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5340                 return;
5341         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5342         sched_pin();
5343         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5344                 goto small_mappings;
5345         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5346         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5347                 va = pv->pv_va;
5348                 pmap = PV_PMAP(pv);
5349                 PMAP_LOCK(pmap);
5350                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5351                 oldpde = *pde;
5352                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5353                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5354                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5355                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5356                         /*
5357                          * Write protect the mapping to a single page so that
5358                          * a subsequent write access may repromote.
5359                          */
5360                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5361                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5362                         /*
5363                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5364                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5365                          * significant 32 bits.
5366                          */
5367                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5368                         vm_page_dirty(m);
5369                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5370                 }
5371                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5372         }
5373 small_mappings:
5374         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5375                 pmap = PV_PMAP(pv);
5376                 PMAP_LOCK(pmap);
5377                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5378                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5379                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5380                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5381                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5382                         /*
5383                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5384                          * in size, PG_M is among the least significant
5385                          * 32 bits. 
5386                          */
5387                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5388                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5389                 }
5390                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5391         }
5392         sched_unpin();
5393         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5394 }
5395
5396 /*
5397  * Miscellaneous support routines follow
5398  */
5399
5400 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5401 static __inline void
5402 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5403 {
5404         u_int opte, npte;
5405
5406         /*
5407          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5408          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5409          */
5410         do {
5411                 opte = *(u_int *)pte;
5412                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5413                 npte |= cache_bits;
5414         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5415 }
5416
5417 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5418 static __inline void
5419 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5420 {
5421         u_int opde, npde;
5422
5423         /*
5424          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5425          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5426          */
5427         do {
5428                 opde = *(u_int *)pde;
5429                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5430                 npde |= cache_bits;
5431         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5432 }
5433
5434 /*
5435  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5436  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5437  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5438  * NOT real memory.
5439  */
5440 static void *
5441 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5442     int flags)
5443 {
5444         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5445         vm_offset_t va, offset;
5446         vm_page_t m;
5447         vm_size_t tmpsize;
5448         int i;
5449
5450         offset = pa & PAGE_MASK;
5451         size = round_page(offset + size);
5452         pa = pa & PG_FRAME;
5453
5454         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5455                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5456                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5457                         return ((void *)(va + offset));
5458         } else if (!pmap_initialized) {
5459                 va = 0;
5460                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5461                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5462                         if (ppim->va == 0) {
5463                                 ppim->pa = pa;
5464                                 ppim->sz = size;
5465                                 ppim->mode = mode;
5466                                 ppim->va = virtual_avail;
5467                                 virtual_avail += size;
5468                                 va = ppim->va;
5469                                 break;
5470                         }
5471                 }
5472                 if (va == 0)
5473                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5474         } else {
5475                 /*
5476                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5477                  */
5478                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5479                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5480                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5481                             (ppim->mode == mode ||
5482                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5483                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5484                 }
5485                 va = kva_alloc(size);
5486                 if (va == 0)
5487                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5488         }
5489         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5490                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5491                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5492                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5493                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5494                                     m->md.pat_mode);
5495                                 continue;
5496                         }
5497                 }
5498                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5499         }
5500         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5501         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5502         return ((void *)(va + offset));
5503 }
5504
5505 static void
5506 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5507 {
5508         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5509         vm_offset_t offset;
5510         int i;
5511
5512         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5513                 return;
5514         offset = va & PAGE_MASK;
5515         size = round_page(offset + size);
5516         va = trunc_page(va);
5517         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5518                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5519                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5520                         if (pmap_initialized)
5521                                 return;
5522                         ppim->pa = 0;
5523                         ppim->va = 0;
5524                         ppim->sz = 0;
5525                         ppim->mode = 0;
5526                         if (va + size == virtual_avail)
5527                                 virtual_avail = va;
5528                         return;
5529                 }
5530         }
5531         if (pmap_initialized)
5532                 kva_free(va, size);
5533 }
5534
5535 /*
5536  * Sets the memory attribute for the specified page.
5537  */
5538 static void
5539 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5540 {
5541
5542         m->md.pat_mode = ma;
5543         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5544                 return;
5545
5546         /*
5547          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5548          * See pmap_invalidate_cache_range().
5549          *
5550          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5551          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5552          * flushes the cache.
5553          */    
5554         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5555                 return;
5556
5557         /*
5558          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5559          * support self snoop, map the page transient and do
5560          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5561          * pmap_invalidate_cache_range().
5562          */
5563         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5564                 pmap_flush_page(m);
5565 }
5566
5567 static void
5568 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5569 {
5570         pt_entry_t *cmap_pte2;
5571         struct pcpu *pc;
5572         vm_offset_t sva, eva;
5573         bool useclflushopt;
5574
5575         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5576         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5577                 sched_pin();
5578                 pc = get_pcpu();
5579                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5580                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5581                 if (*cmap_pte2)
5582                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5583                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5584                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5585                     0);
5586                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5587                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5588                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5589
5590                 /*
5591                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5592                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5593                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5594                  * any other instruction.
5595                  */
5596                 if (useclflushopt)
5597                         sfence();
5598                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5599                         mfence();
5600                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5601                         if (useclflushopt)
5602                                 clflushopt(sva);
5603                         else
5604                                 clflush(sva);
5605                 }
5606                 if (useclflushopt)
5607                         sfence();
5608                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5609                         mfence();
5610                 *cmap_pte2 = 0;
5611                 sched_unpin();
5612                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5613         } else
5614                 pmap_invalidate_cache();
5615 }
5616
5617 /*
5618  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5619  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5620  * completely contained within either the kernel map.
5621  *
5622  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5623  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5624  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5625  * there was insufficient memory available to complete the change.
5626  */
5627 static int
5628 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5629 {
5630         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5631         pd_entry_t *pde;
5632         pt_entry_t *pte;
5633         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5634         boolean_t changed;
5635
5636         base = trunc_page(va);
5637         offset = va & PAGE_MASK;
5638         size = round_page(offset + size);
5639
5640         /*
5641          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5642          */
5643         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5644                 return (EINVAL);
5645
5646         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5647         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5648         changed = FALSE;
5649
5650         /*
5651          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5652          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5653          */
5654         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5655         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5656                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5657                 if (*pde == 0) {
5658                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5659                         return (EINVAL);
5660                 }
5661                 if (*pde & PG_PS) {
5662                         /*
5663                          * If the current 2/4MB page already has
5664                          * the required memory type, then we need not
5665                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5666                          * the next 2/4MB page frame.
5667                          */
5668                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5669                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5670                                 continue;
5671                         }
5672
5673                         /*
5674                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5675                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5676                          * within the range, then we need not break
5677                          * down this page into 4KB pages.
5678                          */
5679                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5680                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5681                                 tmpva += NBPDR;
5682                                 continue;
5683                         }
5684                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5685                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5686                                 return (ENOMEM);
5687                         }
5688                 }
5689                 pte = vtopte(tmpva);
5690                 if (*pte == 0) {
5691                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5692                         return (EINVAL);
5693                 }
5694                 tmpva += PAGE_SIZE;
5695         }
5696         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5697
5698         /*
5699          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5700          * cache mode if required.
5701          */
5702         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5703                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5704                 if (*pde & PG_PS) {
5705                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5706                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5707                                 changed = TRUE;
5708                         }
5709                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5710                 } else {
5711                         pte = vtopte(tmpva);
5712                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5713                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5714                                 changed = TRUE;
5715                         }
5716                         tmpva += PAGE_SIZE;
5717                 }
5718         }
5719
5720         /*
5721          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5722          * shouldn't be, etc.
5723          */
5724         if (changed) {
5725                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5726                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5727         }
5728         return (0);
5729 }
5730
5731 /*
5732  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5733  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5734  * find other mappings.
5735  */
5736 static int
5737 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5738 {
5739         pd_entry_t pde;
5740         pt_entry_t pte;
5741         vm_paddr_t pa;
5742         int val;
5743
5744         PMAP_LOCK(pmap);
5745         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5746         if (pde != 0) {
5747                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5748                         pte = pde;
5749                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5750                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5751                             PG_FRAME;
5752                         val = MINCORE_SUPER;
5753                 } else {
5754                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5755                         pa = pte & PG_FRAME;
5756                         val = 0;
5757                 }
5758         } else {
5759                 pte = 0;
5760                 pa = 0;
5761                 val = 0;
5762         }
5763         if ((pte & PG_V) != 0) {
5764                 val |= MINCORE_INCORE;
5765                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5766                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5767                 if ((pte & PG_A) != 0)
5768                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5769         }
5770         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5771             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5772             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5773                 *pap = pa;
5774         }
5775         PMAP_UNLOCK(pmap);
5776         return (val);
5777 }
5778
5779 static void
5780 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5781 {
5782         pmap_t  pmap, oldpmap;
5783         u_int   cpuid;
5784         u_int32_t  cr3;
5785
5786         critical_enter();
5787         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5788         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5789         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5790 #if defined(SMP)
5791         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5792         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5793 #else
5794         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5795         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5796 #endif
5797 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5798         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5799 #else
5800         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5801 #endif
5802         /*
5803          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5804          */
5805         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5806         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5807         critical_exit();
5808 }
5809
5810 static void
5811 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5812 {
5813         u_int cpuid;
5814
5815         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5816 #if defined(SMP)
5817         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5818 #else
5819         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5820 #endif
5821         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5822 }
5823
5824 /*
5825  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5826  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5827  */
5828 static void
5829 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5830     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5831 {
5832         vm_offset_t superpage_offset;
5833
5834         if (size < NBPDR)
5835                 return;
5836         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5837                 offset += ptoa(object->pg_color);
5838         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5839         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5840             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5841                 return;
5842         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5843                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5844         else
5845                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5846 }
5847
5848 static vm_offset_t
5849 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5850 {
5851         vm_offset_t qaddr;
5852         pt_entry_t *pte;
5853
5854         critical_enter();
5855         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5856         pte = vtopte(qaddr);
5857
5858         KASSERT(*pte == 0,
5859             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5860         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5861             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5862         invlpg(qaddr);
5863
5864         return (qaddr);
5865 }
5866
5867 static void
5868 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5869 {
5870         vm_offset_t qaddr;
5871         pt_entry_t *pte;
5872
5873         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5874         pte = vtopte(qaddr);
5875
5876         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5877         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5878
5879         *pte = 0;
5880         critical_exit();
5881 }
5882
5883 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5884 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5885 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5886
5887 static int
5888 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5889     vmem_addr_t *addrp)
5890 {
5891         vm_page_t m;
5892         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5893         pt_entry_t *trm_pte;
5894
5895         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5896         size = round_page(size) + trm_guard;
5897         for (;;) {
5898                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5899                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5900                         return (ENOMEM);
5901                 addr = prev_addr + size;
5902                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5903                         break;
5904         }
5905         prev_addr += trm_guard;
5906         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5907         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5908                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5909                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5910                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5911                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5912                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5913         }
5914         *addrp = prev_addr;
5915         return (0);
5916 }
5917
5918 void
5919 pmap_init_trm(void)
5920 {
5921         vm_page_t pd_m;
5922
5923         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5924         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5925                 trm_guard = 0;
5926         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5927         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5928         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5929             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5930         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5931                 pmap_zero_page(pd_m);
5932         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5933             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5934 }
5935
5936 static void *
5937 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5938 {
5939         vmem_addr_t res;
5940         int error;
5941
5942         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5943         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5944             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5945         if (error != 0)
5946                 return (NULL);
5947         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5948                 bzero((void *)res, size);
5949         return ((void *)res);
5950 }
5951
5952 static void
5953 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5954 {
5955
5956         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5957 }
5958
5959 static void
5960 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5961 {
5962
5963         *vtopte(va) |= PG_RW;
5964 }
5965
5966 static void
5967 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5968 {
5969
5970         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5971         invltlb_glob();
5972 }
5973
5974 static vm_offset_t
5975 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5976 {
5977
5978         return (PMAP_MAP_LOW);
5979 }
5980
5981 static vm_offset_t
5982 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5983 {
5984
5985         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5986 }
5987
5988 static vm_paddr_t
5989 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
5990 {
5991
5992         return (pa & PG_FRAME);
5993 }
5994
5995 static void
5996 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
5997 {
5998         pt_entry_t opte, *ptep;
5999
6000         /*
6001          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
6002          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
6003          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
6004          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
6005          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
6006          */
6007         ptep = vtopte(sf->kva);
6008         opte = *ptep;
6009         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
6010             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
6011
6012         /*
6013          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
6014          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
6015          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
6016          * since the last used mapping need not invalidate again.
6017          */
6018 #ifdef SMP
6019         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6020                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
6021 #else
6022         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6023                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
6024 #endif
6025 }
6026
6027 static void
6028 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
6029 {
6030         pt_entry_t *pte;
6031         int i;
6032
6033         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
6034                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
6035                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
6036                     FALSE);
6037                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
6038         }
6039 }
6040
6041 static u_int
6042 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6043 {
6044
6045 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6046         return ((u_int)IdlePDPT);
6047 #else
6048         return ((u_int)IdlePTD);
6049 #endif
6050 }
6051
6052 static u_int
6053 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6054 {
6055
6056 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6057         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6058 #else
6059         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6060 #endif
6061 }
6062
6063 static caddr_t
6064 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6065 {
6066         pt_entry_t *pte;
6067
6068         pte = CMAP3;
6069         *pte = pa | pte_bits;
6070         invltlb();
6071         return (CADDR3);
6072 }
6073
6074 static void
6075 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6076 {
6077         pt_entry_t *pte;
6078         int i;
6079
6080         /*
6081          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6082          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6083          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6084          * page 0, at least as initialized here?
6085          */
6086         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6087         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6088                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6089 }
6090
6091 struct bios16_pmap_handle {
6092         pt_entry_t      *pte;
6093         pd_entry_t      *ptd;
6094         pt_entry_t      orig_ptd;
6095 };
6096
6097 static void *
6098 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6099 {
6100         struct bios16_pmap_handle *h;
6101
6102         /*
6103          * no page table, so create one and install it.
6104          */
6105         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6106         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6107         h->ptd = IdlePTD;
6108         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6109         h->orig_ptd = *h->ptd;
6110         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6111         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6112         return (h);
6113 }
6114
6115 static void
6116 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6117 {
6118         struct bios16_pmap_handle *h;
6119
6120         h = arg;
6121         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6122         /*
6123          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6124          */
6125         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6126         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6127 }
6128
6129 struct pmap_kernel_map_range {
6130         vm_offset_t sva;
6131         pt_entry_t attrs;
6132         int ptes;
6133         int pdes;
6134         int pdpes;
6135 };
6136
6137 static void
6138 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6139     vm_offset_t eva)
6140 {
6141         const char *mode;
6142         int i, pat_idx;
6143
6144         if (eva <= range->sva)
6145                 return;
6146
6147         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
6148         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
6149                 if (pat_index[i] == pat_idx)
6150                         break;
6151
6152         switch (i) {
6153         case PAT_WRITE_BACK:
6154                 mode = "WB";
6155                 break;
6156         case PAT_WRITE_THROUGH:
6157                 mode = "WT";
6158                 break;
6159         case PAT_UNCACHEABLE:
6160                 mode = "UC";
6161                 break;
6162         case PAT_UNCACHED:
6163                 mode = "U-";
6164                 break;
6165         case PAT_WRITE_PROTECTED:
6166                 mode = "WP";
6167                 break;
6168         case PAT_WRITE_COMBINING:
6169                 mode = "WC";
6170                 break;
6171         default:
6172                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%08x-0x%08x\n",
6173                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
6174                 mode = "??";
6175                 break;
6176         }
6177
6178         sbuf_printf(sb, "0x%08x-0x%08x r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
6179             range->sva, eva,
6180             (range->attrs & PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
6181             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
6182             (range->attrs & PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
6183             (range->attrs & PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
6184             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
6185
6186         /* Reset to sentinel value. */
6187         range->sva = 0xffffffff;
6188 }
6189
6190 /*
6191  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6192  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
6193  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
6194  */
6195 static bool
6196 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6197 {
6198         pt_entry_t diff, mask;
6199
6200         mask = pg_nx | PG_G | PG_RW | PG_U | PG_PDE_CACHE;
6201         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
6202         if (diff == 0)
6203                 return (true);
6204         if ((diff & ~PG_PDE_PAT) == 0 &&
6205             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
6206             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
6207                 return (true);
6208         return (false);
6209 }
6210
6211 static void
6212 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6213     pt_entry_t attrs)
6214 {
6215
6216         memset(range, 0, sizeof(*range));
6217         range->sva = va;
6218         range->attrs = attrs;
6219 }
6220
6221 /*
6222  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6223  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6224  * begin a new run.
6225  */
6226 static void
6227 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6228     vm_offset_t va, pd_entry_t pde, pt_entry_t pte)
6229 {
6230         pt_entry_t attrs;
6231
6232         attrs = pde & (PG_RW | PG_U | pg_nx);
6233
6234         if ((pde & PG_PS) != 0) {
6235                 attrs |= pde & (PG_G | PG_PDE_CACHE);
6236         } else if (pte != 0) {
6237                 attrs |= pte & pg_nx;
6238                 attrs &= pg_nx | (pte & (PG_RW | PG_U));
6239                 attrs |= pte & (PG_G | PG_PTE_CACHE);
6240
6241                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
6242                 if ((attrs & PG_PTE_PAT) != 0)
6243                         attrs ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
6244         }
6245
6246         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6247                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6248                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6249         }
6250 }
6251
6252 static int
6253 __CONCAT(PMTYPE, sysctl_kmaps)(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6254 {
6255         struct pmap_kernel_map_range range;
6256         struct sbuf sbuf, *sb;
6257         pd_entry_t pde;
6258         pt_entry_t *pt, pte;
6259         vm_offset_t sva;
6260         vm_paddr_t pa;
6261         int error;
6262         u_int i, k;
6263
6264         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6265         if (error != 0)
6266                 return (error);
6267         sb = &sbuf;
6268         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6269
6270         /* Sentinel value. */
6271         range.sva = 0xffffffff;
6272
6273         /*
6274          * Iterate over the kernel page tables without holding the
6275          * kernel pmap lock.  Kernel page table pages are never freed,
6276          * so at worst we will observe inconsistencies in the output.
6277          */
6278         for (sva = 0, i = 0; i < NPTEPG * NPGPTD * NPDEPG ;) {
6279                 if (i == 0)
6280                         sbuf_printf(sb, "\nLow PDE:\n");
6281                 else if (i == LOWPTDI * NPTEPG)
6282                         sbuf_printf(sb, "Low PDE dup:\n");
6283                 else if (i == PTDPTDI * NPTEPG)
6284                         sbuf_printf(sb, "Recursive map:\n");
6285                 else if (i == KERNPTDI * NPTEPG)
6286                         sbuf_printf(sb, "Kernel base:\n");
6287                 else if (i == TRPTDI * NPTEPG)
6288                         sbuf_printf(sb, "Trampoline:\n");
6289                 pde = IdlePTD[sva >> PDRSHIFT];
6290                 if ((pde & PG_V) == 0) {
6291                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
6292                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6293                         sva += NBPDR;
6294                         i += NPTEPG;
6295                         continue;
6296                 }
6297                 pa = pde & PG_FRAME;
6298                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
6299                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, 0);
6300                         range.pdes++;
6301                         sva += NBPDR;
6302                         i += NPTEPG;
6303                         continue;
6304                 }
6305                 for (pt = vtopte(sva), k = 0; k < NPTEPG; i++, k++, pt++,
6306                     sva += PAGE_SIZE) {
6307                         pte = *pt;
6308                         if ((pte & PG_V) == 0) {
6309                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6310                                 continue;
6311                         }
6312                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, pte);
6313                         range.ptes++;
6314                 }
6315         }
6316
6317         error = sbuf_finish(sb);
6318         sbuf_delete(sb);
6319         return (error);
6320 }
6321
6322 #define PMM(a)                                  \
6323         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6324
6325 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6326         PMM(ksetrw)
6327         PMM(remap_lower)
6328         PMM(remap_lowptdi)
6329         PMM(align_superpage)
6330         PMM(quick_enter_page)
6331         PMM(quick_remove_page)
6332         PMM(trm_alloc)
6333         PMM(trm_free)
6334         PMM(get_map_low)
6335         PMM(get_vm_maxuser_address)
6336         PMM(kextract)
6337         PMM(pg_frame)
6338         PMM(sf_buf_map)
6339         PMM(cp_slow0_map)
6340         PMM(get_kcr3)
6341         PMM(get_cr3)
6342         PMM(cmap3)
6343         PMM(basemem_setup)
6344         PMM(set_nx)
6345         PMM(bios16_enter)
6346         PMM(bios16_leave)
6347         PMM(bootstrap)
6348         PMM(is_valid_memattr)
6349         PMM(cache_bits)
6350         PMM(ps_enabled)
6351         PMM(pinit0)
6352         PMM(pinit)
6353         PMM(activate)
6354         PMM(activate_boot)
6355         PMM(advise)
6356         PMM(clear_modify)
6357         PMM(change_attr)
6358         PMM(mincore)
6359         PMM(copy)
6360         PMM(copy_page)
6361         PMM(copy_pages)
6362         PMM(zero_page)
6363         PMM(zero_page_area)
6364         PMM(enter)
6365         PMM(enter_object)
6366         PMM(enter_quick)
6367         PMM(kenter_temporary)
6368         PMM(object_init_pt)
6369         PMM(unwire)
6370         PMM(page_exists_quick)
6371         PMM(page_wired_mappings)
6372         PMM(page_is_mapped)
6373         PMM(remove_pages)
6374         PMM(is_modified)
6375         PMM(is_prefaultable)
6376         PMM(is_referenced)
6377         PMM(remove_write)
6378         PMM(ts_referenced)
6379         PMM(mapdev_attr)
6380         PMM(unmapdev)
6381         PMM(page_set_memattr)
6382         PMM(extract)
6383         PMM(extract_and_hold)
6384         PMM(map)
6385         PMM(qenter)
6386         PMM(qremove)
6387         PMM(release)
6388         PMM(remove)
6389         PMM(protect)
6390         PMM(remove_all)
6391         PMM(init)
6392         PMM(init_pat)
6393         PMM(growkernel)
6394         PMM(invalidate_page)
6395         PMM(invalidate_range)
6396         PMM(invalidate_all)
6397         PMM(invalidate_cache)
6398         PMM(flush_page)
6399         PMM(kenter)
6400         PMM(kremove)
6401         PMM(sysctl_kmaps)
6402 };