]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
Fix mac_veriexec_parser build after r347938
[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/sf_buf.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/vmmeter.h>
127 #include <sys/sched.h>
128 #include <sys/sysctl.h>
129 #include <sys/smp.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #ifdef DEV_APIC
147 #include <sys/bus.h>
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #endif
151 #include <x86/ifunc.h>
152 #include <machine/bootinfo.h>
153 #include <machine/cpu.h>
154 #include <machine/cputypes.h>
155 #include <machine/md_var.h>
156 #include <machine/pcb.h>
157 #include <machine/specialreg.h>
158 #ifdef SMP
159 #include <machine/smp.h>
160 #endif
161 #include <machine/pmap_base.h>
162
163 #if !defined(DIAGNOSTIC)
164 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
165 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
166 #else
167 #define PMAP_INLINE     extern inline
168 #endif
169 #else
170 #define PMAP_INLINE
171 #endif
172
173 #ifdef PV_STATS
174 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
175 #else
176 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
177 #endif
178
179 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
180 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
181
182 /*
183  * PTmap is recursive pagemap at top of virtual address space.
184  * Within PTmap, the page directory can be found (third indirection).
185  */
186 #define PTmap   ((pt_entry_t *)(PTDPTDI << PDRSHIFT))
187 #define PTD     ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE)))
188 #define PTDpde  ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE) + \
189     (PTDPTDI * PDESIZE)))
190
191 /*
192  * Translate a virtual address to the kernel virtual address of its page table
193  * entry (PTE).  This can be used recursively.  If the address of a PTE as
194  * previously returned by this macro is itself given as the argument, then the
195  * address of the page directory entry (PDE) that maps the PTE will be
196  * returned.
197  *
198  * This macro may be used before pmap_bootstrap() is called.
199  */
200 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
201
202 /*
203  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
204  */
205 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
206 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
207
208 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
209 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
210 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
211 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
212 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
213
214 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
215     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
216 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
217
218 _Static_assert(sizeof(struct pmap) <= sizeof(struct pmap_KBI),
219     "pmap_KBI");
220
221 static int pgeflag = 0;         /* PG_G or-in */
222 static int pseflag = 0;         /* PG_PS or-in */
223
224 static int nkpt = NKPT;
225
226 #ifdef PMAP_PAE_COMP
227 pt_entry_t pg_nx;
228 static uma_zone_t pdptzone;
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 boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
315 static bool     pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
316                     vm_prot_t prot);
317 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
318                     u_int flags, vm_page_t m);
319 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
320     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
321 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
322 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
323                     pd_entry_t pde);
324 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
325 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
326 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
327 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
328 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
329 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
330 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
331 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
332 #endif
333 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
334     vm_prot_t prot);
335 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
336 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
337     struct spglist *free);
338 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
339     struct spglist *free);
340 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
341 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
342     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(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
346                                         vm_offset_t va);
347 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
348 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
349     vm_page_t m);
350 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
351     pd_entry_t newpde);
352 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
353
354 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
355
356 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
357 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
358 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
359 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
360 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
361 #ifdef PMAP_PAE_COMP
362 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
363     uint8_t *flags, int wait);
364 #endif
365 static void pmap_init_trm(void);
366 static void pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap);
367
368 static __inline void pagezero(void *page);
369
370 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
371 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
372
373 extern char _end[];
374 extern u_long physfree; /* phys addr of next free page */
375 extern u_long vm86phystk;/* PA of vm86/bios stack */
376 extern u_long vm86paddr;/* address of vm86 region */
377 extern int vm86pa;      /* phys addr of vm86 region */
378 extern u_long KERNend;  /* phys addr end of kernel (just after bss) */
379 #ifdef PMAP_PAE_COMP
380 pd_entry_t *IdlePTD_pae;        /* phys addr of kernel PTD */
381 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
382 pt_entry_t *KPTmap_pae; /* address of kernel page tables */
383 #define IdlePTD IdlePTD_pae
384 #define KPTmap  KPTmap_pae
385 #else
386 pd_entry_t *IdlePTD_nopae;
387 pt_entry_t *KPTmap_nopae;
388 #define IdlePTD IdlePTD_nopae
389 #define KPTmap  KPTmap_nopae
390 #endif
391 extern u_long KPTphys;  /* phys addr of kernel page tables */
392 extern u_long tramp_idleptd;
393
394 static u_long
395 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
396 {
397         u_long res;
398
399         res = *physfree;
400         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
401         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
402         return (res);
403 }
404
405 static void
406 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
407 {
408         pt_entry_t *pt;
409
410         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
411             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
412                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
413 }
414
415 static void
416 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
417 {
418
419         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
420 }
421
422 _Static_assert(LOWPTDI * 2 * NBPDR == KERNBASE,
423     "Broken double-map of zero PTD");
424
425 static void
426 __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(bool enable)
427 {
428         int i;
429
430         for (i = 0; i < LOWPTDI; i++)
431                 IdlePTD[i] = enable ? IdlePTD[LOWPTDI + i] : 0;
432         load_cr3(rcr3());               /* invalidate TLB */
433 }
434
435 /*
436  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
437  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
438  * does not require relocations.
439  */
440 void
441 __CONCAT(PMTYPE, cold)(void)
442 {
443         pt_entry_t *pt;
444         u_long a;
445         u_int cr3, ncr4;
446
447         physfree = (u_long)&_end;
448         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
449                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
450         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
451                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
452         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
453         KERNend = physfree;
454
455         /* Allocate Kernel Page Tables */
456         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
457         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
458
459         /* Allocate Page Table Directory */
460 #ifdef PMAP_PAE_COMP
461         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
462         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
463 #endif
464         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
465
466         /*
467          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
468          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
469          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
470          * physical memory due to 1:1 mappings.
471          */
472         allocpages(1, &physfree);
473         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
474
475         /* vm86/bios stack */
476         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
477
478         /* pgtable + ext + IOPAGES */
479         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
480
481         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
482         for (a = 0; a < NKPT; a++)
483                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
484
485 #ifdef PMAP_PAE_COMP
486         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
487         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
488                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
489 #endif
490
491         /*
492          * Install recursive mapping for kernel page tables into
493          * itself.
494          */
495         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
496                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
497                     PG_RW;
498
499         /*
500          * Initialize page table pages mapping physical address zero
501          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
502          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
503          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
504          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
505          * kernel PDEs before we turn on paging.
506          *
507          * This and all other page table entries allow read and write
508          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
509          * access restrictions.
510          */
511         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
512         pmap_cold_map(0, NBPDR * LOWPTDI, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
513         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
514
515         /* Map page table directory */
516 #ifdef PMAP_PAE_COMP
517         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
518 #endif
519         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
520
521         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
522         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
523
524         /* Map proc0kstack */
525         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
526         /* ISA hole already mapped */
527
528         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
529         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
530
531         /* Map page 0 into the vm86 page table */
532         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
533
534         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
535         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
536             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
537                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
538                     PG_M | PG_V;
539
540         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
541         ncr4 = 0;
542         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
543                 ncr4 |= CR4_PSE;
544                 pseflag = PG_PS;
545                 /*
546                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
547                  * page table pages are wasted.
548                  */
549                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
550                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
551                             PG_RW | PG_V;
552         }
553         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
554                 ncr4 |= CR4_PGE;
555                 pgeflag = PG_G;
556         }
557         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
558 #ifdef PMAP_PAE_COMP
559         ncr4 |= CR4_PAE;
560 #endif
561         if (ncr4 != 0)
562                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
563
564         /* Now enable paging */
565 #ifdef PMAP_PAE_COMP
566         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
567         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
568                 wbinvd();
569 #else
570         cr3 = (u_int)IdlePTD;
571 #endif
572         tramp_idleptd = cr3;
573         load_cr3(cr3);
574         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
575
576         /*
577          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
578          * linked to run.
579          */
580
581         /*
582          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
583          * to get some null pointer checks.
584          */
585         __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(false);
586
587         kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
588 #ifdef PMAP_PAE_COMP
589         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_PAE;
590         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_PAE;
591         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_PAE;
592 #else
593         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_NOPAE;
594         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_NOPAE;
595         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_NOPAE;
596 #endif
597 }
598
599 static void
600 __CONCAT(PMTYPE, set_nx)(void)
601 {
602
603 #ifdef PMAP_PAE_COMP
604         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0)
605                 return;
606         pg_nx = PG_NX;
607         elf32_nxstack = 1;
608         /* EFER.EFER_NXE is set in initializecpu(). */
609 #endif
610 }
611
612 /*
613  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
614  *
615  *      On the i386 this is called after pmap_cold() created initial
616  *      kernel page table and enabled paging, and just syncs the pmap
617  *      module with what has already been done.
618  */
619 static void
620 __CONCAT(PMTYPE, bootstrap)(vm_paddr_t firstaddr)
621 {
622         vm_offset_t va;
623         pt_entry_t *pte, *unused;
624         struct pcpu *pc;
625         u_long res;
626         int i;
627
628         res = atop(firstaddr - (vm_paddr_t)KERNLOAD);
629
630         /*
631          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
632          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
633          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
634          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
635          * addresses to superpage mappings.
636          */
637         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
638
639         /*
640          * Initialize the first available kernel virtual address.
641          * However, using "firstaddr" may waste a few pages of the
642          * kernel virtual address space, because pmap_cold() may not
643          * have mapped every physical page that it allocated.
644          * Preferably, pmap_cold() would provide a first unused
645          * virtual address in addition to "firstaddr".
646          */
647         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
648         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
649
650         /*
651          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
652          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
653          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
654          */
655         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
656         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
657 #ifdef PMAP_PAE_COMP
658         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
659 #endif
660         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
661         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
662         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
663
664         /*
665          * Initialize the global pv list lock.
666          */
667         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
668
669         /*
670          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
671          * mapping of pages.
672          */
673 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
674         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
675
676         va = virtual_avail;
677         pte = vtopte(va);
678
679
680         /*
681          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
682          * during early boot.
683          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
684          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
685          */
686         pc = get_pcpu();
687         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
688         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
689         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
690         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
691
692         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
693
694         /*
695          * Crashdump maps.
696          */
697         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
698
699         /*
700          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
701          */
702         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
703
704         /*
705          * msgbufp is used to map the system message buffer.
706          */
707         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
708
709         /*
710          * KPTmap is used by pmap_kextract().
711          *
712          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
713          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
714          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
715          */
716         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
717
718         for (i = 0; i < NKPT; i++)
719                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
720
721         /*
722          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
723          * respectively.
724          */
725         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
726         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
727         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
728
729         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
730
731         virtual_avail = va;
732
733         /*
734          * Initialize the PAT MSR if present.
735          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
736          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
737          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
738          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
739          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
740          */
741         pmap_init_pat();
742 }
743
744 static void
745 pmap_init_reserved_pages(void)
746 {
747         struct pcpu *pc;
748         vm_offset_t pages;
749         int i;
750
751 #ifdef PMAP_PAE_COMP
752         if (!pae_mode)
753                 return;
754 #else
755         if (pae_mode)
756                 return;
757 #endif
758         CPU_FOREACH(i) {
759                 pc = pcpu_find(i);
760                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
761                     MTX_NEW);
762                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
763                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
764                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
765                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
766                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
767                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
768                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
769                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
770                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
771                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
772                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
773
774                 /*
775                  * Skip if the mappings have already been initialized,
776                  * i.e. this is the BSP.
777                  */
778                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
779                         continue;
780
781                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
782                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
783                 if (pages == 0)
784                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
785                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
786                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
787                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
788                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
789                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
790         }
791 }
792  
793 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
794
795 /*
796  * Setup the PAT MSR.
797  */
798 static void
799 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
800 {
801         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
802         uint64_t pat_msr;
803         u_long cr0, cr4;
804         int i;
805
806         /* Set default PAT index table. */
807         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
808                 pat_table[i] = -1;
809         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
810         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
811         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
812         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
813         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
814         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
815
816         /*
817          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
818          * We assume that PAT support implies PGE.
819          */
820         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
821                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
822                         pat_index[i] = pat_table[i];
823                 pat_works = 0;
824                 return;
825         }
826
827         /*
828          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
829          * PAT entries.
830          *
831          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
832          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
833          * or Mode C Paging)
834          *
835          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
836          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
837          */
838         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
839             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
840                 pat_works = 0;
841
842         /* Initialize default PAT entries. */
843         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
844             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
845             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
846             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
847             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
848             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
849             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
850             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
851
852         if (pat_works) {
853                 /*
854                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
855                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
856                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
857                  */
858                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
859                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
860                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
861                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
862                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
863                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
864         } else {
865                 /*
866                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
867                  */
868                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
869                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
870                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
871         }
872
873         /* Disable PGE. */
874         cr4 = rcr4();
875         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
876
877         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
878         cr0 = rcr0();
879         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
880
881         /* Flushes caches and TLBs. */
882         wbinvd();
883         invltlb();
884
885         /* Update PAT and index table. */
886         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
887         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
888                 pat_index[i] = pat_table[i];
889
890         /* Flush caches and TLBs again. */
891         wbinvd();
892         invltlb();
893
894         /* Restore caches and PGE. */
895         load_cr0(cr0);
896         load_cr4(cr4);
897 }
898
899 #ifdef PMAP_PAE_COMP
900 static void *
901 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
902     int wait)
903 {
904
905         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
906         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
907         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
908             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
909 }
910 #endif
911
912 /*
913  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
914  * Requirements:
915  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
916  *    are ever set, PG_V in particular.
917  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
918  *    on PAE systems.  This should be ok.
919  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
920  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
921  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
922  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
923  */
924 static vm_offset_t
925 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
926 {
927         pt_entry_t *pte;
928         vm_offset_t va;
929
930         va = *head;
931         if (va == 0)
932                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
933         pte = vtopte(va);
934         *head = *pte;
935         if (*head & PG_V)
936                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
937         *pte = 0;
938         return (va);
939 }
940
941 static void
942 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
943 {
944         pt_entry_t *pte;
945
946         if (va & PG_V)
947                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
948         pte = vtopte(va);
949         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
950         *head = va;
951 }
952
953 static void
954 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
955 {
956         int i;
957         vm_offset_t va;
958
959         *head = 0;
960         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
961                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
962                 pmap_ptelist_free(head, va);
963         }
964 }
965
966
967 /*
968  *      Initialize the pmap module.
969  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
970  *      system needs to map virtual memory.
971  */
972 static void
973 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
974 {
975         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
976         vm_page_t mpte;
977         vm_size_t s;
978         int i, pv_npg;
979
980         /*
981          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
982          * page table pages.
983          */ 
984         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
985         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
986                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
987                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
988                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
989                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
990                 mpte->pindex = i + KPTDI;
991                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
992                 mpte->wire_count = 1;
993
994                 /*
995                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
996                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
997                  */
998                 if (pseflag != 0 &&
999                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
1000                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
1001                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1002         }
1003         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1004         vm_wire_add(NKPT);
1005
1006         /*
1007          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1008          * high water mark so that the system can recover from excessive
1009          * numbers of pv entries.
1010          */
1011         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1012         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1013         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1014         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1015         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1016
1017         /*
1018          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1019          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1020          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1021          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1022          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1023          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1024          * or newer AMD processors.
1025          */
1026         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1027             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1028             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1029             AMDID2_FMA4)) == 0)
1030                 workaround_erratum383 = 1;
1031
1032         /*
1033          * Are large page mappings supported and enabled?
1034          */
1035         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1036         if (pseflag == 0)
1037                 pg_ps_enabled = 0;
1038         else if (pg_ps_enabled) {
1039                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1040                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1041                 pagesizes[1] = NBPDR;
1042         }
1043
1044         /*
1045          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1046          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1047          */
1048         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1049             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1050
1051         /*
1052          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1053          */
1054         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1055         s = round_page(s);
1056         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1057         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1058                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1059
1060         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1061         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1062         if (pv_chunkbase == NULL)
1063                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1064         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1065 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1066         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1067             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1068             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1069         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1070 #endif
1071
1072         pmap_initialized = 1;
1073         pmap_init_trm();
1074
1075         if (!bootverbose)
1076                 return;
1077         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1078                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1079                 if (ppim->va == 0)
1080                         continue;
1081                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1082                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1083         }
1084
1085 }
1086
1087 extern u_long pmap_pde_demotions;
1088 extern u_long pmap_pde_mappings;
1089 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1090 extern u_long pmap_pde_promotions;
1091
1092 /***************************************************
1093  * Low level helper routines.....
1094  ***************************************************/
1095
1096 static boolean_t
1097 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1098 {
1099
1100         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1101             pat_index[(int)mode] >= 0);
1102 }
1103
1104 /*
1105  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1106  * caching mode.
1107  */
1108 static int
1109 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1110 {
1111         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1112
1113         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1114                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1115
1116         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1117         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1118
1119         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1120         pat_idx = pat_index[mode];
1121
1122         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1123         cache_bits = 0;
1124         if (pat_idx & 0x4)
1125                 cache_bits |= pat_flag;
1126         if (pat_idx & 0x2)
1127                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1128         if (pat_idx & 0x1)
1129                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1130         return (cache_bits);
1131 }
1132
1133 static bool
1134 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1135 {
1136
1137         return (pg_ps_enabled);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1142  */
1143 static void
1144 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1145 {
1146         pd_entry_t *pde;
1147
1148         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1149         pde_store(pde, newpde);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1154  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1155  * calling processor's TLB is affected.
1156  *
1157  * The calling thread must be pinned to a processor.
1158  */
1159 static void
1160 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1161 {
1162
1163         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1164                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1165                 invlpg(va);
1166         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1167                 /*
1168                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1169                  * because there are too many to flush individually.
1170                  */
1171                 invltlb();
1172 }
1173
1174 #ifdef SMP
1175 /*
1176  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1177  *
1178  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1179  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1180  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1181  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1182  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1183  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1184  * one of the following functions but before a store updating the page
1185  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1186  * processor before its pm_active field is checked but due to
1187  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1188  * pmap as inactive on the other processor.
1189  * 
1190  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1191  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1192  * processor.
1193  */
1194 static void
1195 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1196 {
1197         cpuset_t *mask, other_cpus;
1198         u_int cpuid;
1199
1200         sched_pin();
1201         if (pmap == kernel_pmap) {
1202                 invlpg(va);
1203                 mask = &all_cpus;
1204         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1205                 mask = &all_cpus;
1206         } else {
1207                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1208                 other_cpus = all_cpus;
1209                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1210                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1211                 mask = &other_cpus;
1212         }
1213         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1214         sched_unpin();
1215 }
1216
1217 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1218 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1219
1220 static void
1221 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1222 {
1223         cpuset_t *mask, other_cpus;
1224         vm_offset_t addr;
1225         u_int cpuid;
1226
1227         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1228                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1229                 return;
1230         }
1231
1232         sched_pin();
1233         if (pmap == kernel_pmap) {
1234                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1235                         invlpg(addr);
1236                 mask = &all_cpus;
1237         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1238                 mask = &all_cpus;
1239         } else {
1240                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1241                 other_cpus = all_cpus;
1242                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1243                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1244                 mask = &other_cpus;
1245         }
1246         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1247         sched_unpin();
1248 }
1249
1250 static void
1251 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1252 {
1253         cpuset_t *mask, other_cpus;
1254         u_int cpuid;
1255
1256         sched_pin();
1257         if (pmap == kernel_pmap) {
1258                 invltlb();
1259                 mask = &all_cpus;
1260         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1261                 mask = &all_cpus;
1262         } else {
1263                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1264                 other_cpus = all_cpus;
1265                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1266                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1267                 mask = &other_cpus;
1268         }
1269         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1270         sched_unpin();
1271 }
1272
1273 static void
1274 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1275 {
1276
1277         sched_pin();
1278         wbinvd();
1279         smp_cache_flush();
1280         sched_unpin();
1281 }
1282
1283 struct pde_action {
1284         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1285         vm_offset_t va;
1286         pd_entry_t *pde;
1287         pd_entry_t newpde;
1288         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1289 };
1290
1291 static void
1292 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1293 {
1294         struct pde_action *act = arg;
1295         pd_entry_t *pde;
1296
1297         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1298                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1299                 pde_store(pde, act->newpde);
1300         }
1301 }
1302
1303 static void
1304 pmap_update_pde_user(void *arg)
1305 {
1306         struct pde_action *act = arg;
1307
1308         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1309                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1310 }
1311
1312 static void
1313 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1314 {
1315         struct pde_action *act = arg;
1316
1317         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1318                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1319 }
1320
1321 /*
1322  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1323  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1324  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1325  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1326  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1327  * hardware error.
1328  */
1329 static void
1330 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1331 {
1332         struct pde_action act;
1333         cpuset_t active, other_cpus;
1334         u_int cpuid;
1335
1336         sched_pin();
1337         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1338         other_cpus = all_cpus;
1339         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1340         if (pmap == kernel_pmap)
1341                 active = all_cpus;
1342         else
1343                 active = pmap->pm_active;
1344         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1345                 act.store = cpuid;
1346                 act.invalidate = active;
1347                 act.va = va;
1348                 act.pde = pde;
1349                 act.newpde = newpde;
1350                 CPU_SET(cpuid, &active);
1351                 smp_rendezvous_cpus(active,
1352                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1353                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1354                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1355         } else {
1356                 if (pmap == kernel_pmap)
1357                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1358                 else
1359                         pde_store(pde, newpde);
1360                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1361                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1362         }
1363         sched_unpin();
1364 }
1365 #else /* !SMP */
1366 /*
1367  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1368  * We inline these within pmap.c for speed.
1369  */
1370 static void
1371 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1372 {
1373
1374         if (pmap == kernel_pmap)
1375                 invlpg(va);
1376 }
1377
1378 static void
1379 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1380 {
1381         vm_offset_t addr;
1382
1383         if (pmap == kernel_pmap)
1384                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1385                         invlpg(addr);
1386 }
1387
1388 static void
1389 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1390 {
1391
1392         if (pmap == kernel_pmap)
1393                 invltlb();
1394 }
1395
1396 static void
1397 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1398 {
1399
1400         wbinvd();
1401 }
1402
1403 static void
1404 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1405 {
1406
1407         if (pmap == kernel_pmap)
1408                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1409         else
1410                 pde_store(pde, newpde);
1411         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1412                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1413 }
1414 #endif /* !SMP */
1415
1416 static void
1417 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1418 {
1419
1420         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1421 }
1422
1423 static void
1424 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1425     vm_offset_t eva)
1426 {
1427
1428         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1429 }
1430
1431 static void
1432 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1433 {
1434
1435         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1436 }
1437
1438 static void
1439 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1440 {
1441
1442         /*
1443          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1444          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1445          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1446          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1447          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1448          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1449          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1450          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1451          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1452          */
1453         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1454                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1455         else
1456                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1457 }
1458
1459 /*
1460  * Are we current address space or kernel?
1461  */
1462 static __inline int
1463 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1464 {
1465
1466         return (pmap == kernel_pmap);
1467 }
1468
1469 /*
1470  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1471  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1472  */
1473 static pt_entry_t *
1474 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1475 {
1476         pd_entry_t newpf;
1477         pd_entry_t *pde;
1478
1479         pde = pmap_pde(pmap, va);
1480         if (*pde & PG_PS)
1481                 return (pde);
1482         if (*pde != 0) {
1483                 /* are we current address space or kernel? */
1484                 if (pmap_is_current(pmap))
1485                         return (vtopte(va));
1486                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1487                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1488                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1489                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1490                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1491                             (vm_offset_t)PADDR2);
1492                 }
1493                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1494         }
1495         return (NULL);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1500  * being NULL.
1501  */
1502 static __inline void
1503 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1504 {
1505
1506         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1507                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1508 }
1509
1510 /*
1511  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1512  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1513  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1514  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1515  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1516  */
1517 static __inline void
1518 invlcaddr(void *caddr)
1519 {
1520
1521         invlpg((u_int)caddr);
1522 }
1523
1524 /*
1525  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1526  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1527  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1528  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1529  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1530  *
1531  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1532  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1533  */
1534 static pt_entry_t *
1535 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1536 {
1537         pd_entry_t newpf;
1538         pd_entry_t *pde;
1539
1540         pde = pmap_pde(pmap, va);
1541         if (*pde & PG_PS)
1542                 return (pde);
1543         if (*pde != 0) {
1544                 /* are we current address space or kernel? */
1545                 if (pmap_is_current(pmap))
1546                         return (vtopte(va));
1547                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1548                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1549                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1550                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1551                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1552 #ifdef SMP
1553                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1554 #endif
1555                         invlcaddr(PADDR1);
1556                         PMAP1changed++;
1557                 } else
1558 #ifdef SMP
1559                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1560                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1561                         invlcaddr(PADDR1);
1562                         PMAP1changedcpu++;
1563                 } else
1564 #endif
1565                         PMAP1unchanged++;
1566                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1567         }
1568         return (0);
1569 }
1570
1571 static pt_entry_t *
1572 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1573 {
1574         pd_entry_t newpf;
1575         pd_entry_t *pde;
1576
1577         pde = pmap_pde(pmap, va);
1578         if (*pde & PG_PS)
1579                 return (pde);
1580         if (*pde != 0) {
1581                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1582                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1583                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1584                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1585                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1586 #ifdef SMP
1587                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1588 #endif
1589                         invlcaddr(PADDR3);
1590                         PMAP1changed++;
1591                 } else
1592 #ifdef SMP
1593                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1594                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1595                         invlcaddr(PADDR3);
1596                         PMAP1changedcpu++;
1597                 } else
1598 #endif
1599                         PMAP1unchanged++;
1600                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1601         }
1602         return (0);
1603 }
1604
1605 static pt_entry_t
1606 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1607 {
1608         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1609
1610         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1611         pde &= PG_FRAME;
1612         critical_enter();
1613         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1614         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1615                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1616                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1617         }
1618         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1619             (NPTEPG - 1));
1620         pte = *ptep;
1621         critical_exit();
1622         return (pte);
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1627  * the given virtual address "va".
1628  *
1629  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1630  */
1631 static vm_paddr_t
1632 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1633 {
1634         vm_paddr_t pa;
1635
1636         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1637                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1638         } else {
1639                 /*
1640                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1641                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1642                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1643                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1644                  * page is preserved by the promotion.
1645                  */
1646                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1647                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1648         }
1649         return (pa);
1650 }
1651
1652 /*
1653  *      Routine:        pmap_extract
1654  *      Function:
1655  *              Extract the physical page address associated
1656  *              with the given map/virtual_address pair.
1657  */
1658 static vm_paddr_t
1659 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1660 {
1661         vm_paddr_t rtval;
1662         pt_entry_t pte;
1663         pd_entry_t pde;
1664
1665         rtval = 0;
1666         PMAP_LOCK(pmap);
1667         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1668         if (pde != 0) {
1669                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1670                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1671                 else {
1672                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1673                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1674                 }
1675         }
1676         PMAP_UNLOCK(pmap);
1677         return (rtval);
1678 }
1679
1680 /*
1681  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1682  *      Function:
1683  *              Atomically extract and hold the physical page
1684  *              with the given pmap and virtual address pair
1685  *              if that mapping permits the given protection.
1686  */
1687 static vm_page_t
1688 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1689 {
1690         pd_entry_t pde;
1691         pt_entry_t pte;
1692         vm_page_t m;
1693         vm_paddr_t pa;
1694
1695         pa = 0;
1696         m = NULL;
1697         PMAP_LOCK(pmap);
1698 retry:
1699         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1700         if (pde != 0) {
1701                 if (pde & PG_PS) {
1702                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1703                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1704                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1705                                         goto retry;
1706                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1707                         }
1708                 } else {
1709                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1710                         if (pte != 0 &&
1711                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1712                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1713                                     &pa))
1714                                         goto retry;
1715                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1716                         }
1717                 }
1718                 if (m != NULL)
1719                         vm_page_wire(m);
1720         }
1721         PA_UNLOCK_COND(pa);
1722         PMAP_UNLOCK(pmap);
1723         return (m);
1724 }
1725
1726 /***************************************************
1727  * Low level mapping routines.....
1728  ***************************************************/
1729
1730 /*
1731  * Add a wired page to the kva.
1732  * Note: not SMP coherent.
1733  *
1734  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1735  */
1736 static void
1737 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1738 {
1739         pt_entry_t *pte;
1740
1741         pte = vtopte(va);
1742         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1743 }
1744
1745 static __inline void
1746 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1747 {
1748         pt_entry_t *pte;
1749
1750         pte = vtopte(va);
1751         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1752             mode, 0));
1753 }
1754
1755 /*
1756  * Remove a page from the kernel pagetables.
1757  * Note: not SMP coherent.
1758  *
1759  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1760  */
1761 static void
1762 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1763 {
1764         pt_entry_t *pte;
1765
1766         pte = vtopte(va);
1767         pte_clear(pte);
1768 }
1769
1770 /*
1771  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1772  *      virtual address space.
1773  *
1774  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1775  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1776  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1777  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1778  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1779  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1780  *      region.
1781  */
1782 static vm_offset_t
1783 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1784     int prot)
1785 {
1786         vm_offset_t va, sva;
1787         vm_paddr_t superpage_offset;
1788         pd_entry_t newpde;
1789
1790         va = *virt;
1791         /*
1792          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1793          * least one superpage mapping to be created?
1794          */ 
1795         superpage_offset = start & PDRMASK;
1796         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1797                 /*
1798                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1799                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1800                  */
1801                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1802                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1803                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1804                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1805         }
1806         sva = va;
1807         while (start < end) {
1808                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1809                     pseflag != 0) {
1810                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1811                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1812                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1813                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1814                         va += NBPDR;
1815                         start += NBPDR;
1816                 } else {
1817                         pmap_kenter(va, start);
1818                         va += PAGE_SIZE;
1819                         start += PAGE_SIZE;
1820                 }
1821         }
1822         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1823         *virt = va;
1824         return (sva);
1825 }
1826
1827
1828 /*
1829  * Add a list of wired pages to the kva
1830  * this routine is only used for temporary
1831  * kernel mappings that do not need to have
1832  * page modification or references recorded.
1833  * Note that old mappings are simply written
1834  * over.  The page *must* be wired.
1835  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1836  */
1837 static void
1838 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1839 {
1840         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1841         vm_page_t m;
1842
1843         oldpte = 0;
1844         pte = vtopte(sva);
1845         endpte = pte + count;
1846         while (pte < endpte) {
1847                 m = *ma++;
1848                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1849                     m->md.pat_mode, 0);
1850                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1851                         oldpte |= *pte;
1852 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1853                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1854 #else
1855                         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1856 #endif
1857                 }
1858                 pte++;
1859         }
1860         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1861                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1862                     PAGE_SIZE);
1863 }
1864
1865 /*
1866  * This routine tears out page mappings from the
1867  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1868  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1869  */
1870 static void
1871 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1872 {
1873         vm_offset_t va;
1874
1875         va = sva;
1876         while (count-- > 0) {
1877                 pmap_kremove(va);
1878                 va += PAGE_SIZE;
1879         }
1880         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1881 }
1882
1883 /***************************************************
1884  * Page table page management routines.....
1885  ***************************************************/
1886 /*
1887  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1888  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1889  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1890  */
1891 static __inline void
1892 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1893     boolean_t set_PG_ZERO)
1894 {
1895
1896         if (set_PG_ZERO)
1897                 m->flags |= PG_ZERO;
1898         else
1899                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1900         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1901 }
1902
1903 /*
1904  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1905  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1906  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1907  * ordered by this virtual address range.
1908  *
1909  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1910  */
1911 static __inline int
1912 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1913 {
1914
1915         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1916         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1917         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1918 }
1919
1920 /*
1921  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1922  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1923  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1924  * specified virtual address.
1925  */
1926 static __inline vm_page_t
1927 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1928 {
1929
1930         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1931         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1932 }
1933
1934 /*
1935  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1936  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1937  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1938  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1939  */
1940 static inline boolean_t
1941 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1942 {
1943
1944         --m->wire_count;
1945         if (m->wire_count == 0) {
1946                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1947                 return (TRUE);
1948         } else
1949                 return (FALSE);
1950 }
1951
1952 static void
1953 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1954 {
1955
1956         /*
1957          * unmap the page table page
1958          */
1959         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1960         --pmap->pm_stats.resident_count;
1961
1962         /*
1963          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1964          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1965          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1966          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1967          * shootdown is done.
1968          */
1969         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1970         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1971 }
1972
1973 /*
1974  * After removing a page table entry, this routine is used to
1975  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1976  */
1977 static int
1978 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1979 {
1980         pd_entry_t ptepde;
1981         vm_page_t mpte;
1982
1983         if (pmap == kernel_pmap)
1984                 return (0);
1985         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1986         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1987         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
1988 }
1989
1990 /*
1991  * Initialize the pmap for the swapper process.
1992  */
1993 static void
1994 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
1995 {
1996
1997         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1998         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
1999 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2000         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
2001 #endif
2002         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2003         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2004         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2005         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2006         pmap_activate_boot(pmap);
2007 }
2008
2009 /*
2010  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2011  * such as one in a vmspace structure.
2012  */
2013 static int
2014 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2015 {
2016         vm_page_t m;
2017         int i;
2018
2019         /*
2020          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2021          * page directory table.
2022          */
2023         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2024                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2025                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2026                         return (0);
2027 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2028                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2029                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2030                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2031                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2032                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2033                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2034 #endif
2035                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
2036         }
2037         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2038             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2039
2040         /*
2041          * allocate the page directory page(s)
2042          */
2043         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2044                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2045                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2046                 pmap->pm_ptdpg[i] = m;
2047 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2048                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
2049 #endif
2050         }
2051
2052         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2053 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2054         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2055                 pmap_invalidate_cache_range(
2056                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2057                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2058                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2059         }
2060 #endif
2061
2062         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2063                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
2064                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
2065
2066         /* Install the trampoline mapping. */
2067         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2068
2069         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2070         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2071         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2072
2073         return (1);
2074 }
2075
2076 /*
2077  * this routine is called if the page table page is not
2078  * mapped correctly.
2079  */
2080 static vm_page_t
2081 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2082 {
2083         vm_paddr_t ptepa;
2084         vm_page_t m;
2085
2086         /*
2087          * Allocate a page table page.
2088          */
2089         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2090             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2091                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2092                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2093                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2094                         vm_wait(NULL);
2095                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2096                         PMAP_LOCK(pmap);
2097                 }
2098
2099                 /*
2100                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2101                  * page may have been allocated.
2102                  */
2103                 return (NULL);
2104         }
2105         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2106                 pmap_zero_page(m);
2107
2108         /*
2109          * Map the pagetable page into the process address space, if
2110          * it isn't already there.
2111          */
2112
2113         pmap->pm_stats.resident_count++;
2114
2115         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2116         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2117                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2118
2119         return (m);
2120 }
2121
2122 static vm_page_t
2123 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2124 {
2125         u_int ptepindex;
2126         pd_entry_t ptepa;
2127         vm_page_t m;
2128
2129         /*
2130          * Calculate pagetable page index
2131          */
2132         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2133 retry:
2134         /*
2135          * Get the page directory entry
2136          */
2137         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2138
2139         /*
2140          * This supports switching from a 4MB page to a
2141          * normal 4K page.
2142          */
2143         if (ptepa & PG_PS) {
2144                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2145                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2146         }
2147
2148         /*
2149          * If the page table page is mapped, we just increment the
2150          * hold count, and activate it.
2151          */
2152         if (ptepa) {
2153                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2154                 m->wire_count++;
2155         } else {
2156                 /*
2157                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2158                  * been deallocated. 
2159                  */
2160                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2161                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2162                         goto retry;
2163         }
2164         return (m);
2165 }
2166
2167
2168 /***************************************************
2169 * Pmap allocation/deallocation routines.
2170  ***************************************************/
2171
2172 /*
2173  * Release any resources held by the given physical map.
2174  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2175  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2176  */
2177 static void
2178 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2179 {
2180         vm_page_t m;
2181         int i;
2182
2183         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2184             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2185             pmap->pm_stats.resident_count));
2186         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2187             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2188         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2189             ("releasing active pmap %p", pmap));
2190
2191         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2192
2193         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2194                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2195 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2196                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2197                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2198 #endif
2199                 vm_page_unwire_noq(m);
2200                 vm_page_free(m);
2201         }
2202 }
2203
2204 /*
2205  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2206  */
2207 static void
2208 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2209 {
2210         vm_paddr_t ptppaddr;
2211         vm_page_t nkpg;
2212         pd_entry_t newpdir;
2213
2214         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2215         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2216         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2217                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2218         while (kernel_vm_end < addr) {
2219                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2220                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2221                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2222                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2223                                 break;
2224                         }
2225                         continue;
2226                 }
2227
2228                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2229                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2230                     VM_ALLOC_ZERO);
2231                 if (nkpg == NULL)
2232                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2233
2234                 nkpt++;
2235
2236                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2237                         pmap_zero_page(nkpg);
2238                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2239                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2240                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2241
2242                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2243                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2244                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2245                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2246                         break;
2247                 }
2248         }
2249 }
2250
2251
2252 /***************************************************
2253  * page management routines.
2254  ***************************************************/
2255
2256 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2257 CTASSERT(_NPCM == 11);
2258 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2259
2260 static __inline struct pv_chunk *
2261 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2262 {
2263
2264         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2265 }
2266
2267 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2268
2269 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2270 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2271
2272 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2273         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2274         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2275         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2276         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2277 };
2278
2279 #ifdef PV_STATS
2280 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2281 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2282 extern int pv_entry_spare;
2283 #endif
2284
2285 /*
2286  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2287  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2288  * another pv entry chunk.
2289  */
2290 static vm_page_t
2291 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2292 {
2293         struct pch newtail;
2294         struct pv_chunk *pc;
2295         struct md_page *pvh;
2296         pd_entry_t *pde;
2297         pmap_t pmap;
2298         pt_entry_t *pte, tpte;
2299         pv_entry_t pv;
2300         vm_offset_t va;
2301         vm_page_t m, m_pc;
2302         struct spglist free;
2303         uint32_t inuse;
2304         int bit, field, freed;
2305
2306         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2307         pmap = NULL;
2308         m_pc = NULL;
2309         SLIST_INIT(&free);
2310         TAILQ_INIT(&newtail);
2311         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2312             SLIST_EMPTY(&free))) {
2313                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2314                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2315                         if (pmap != NULL) {
2316                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2317                                 if (pmap != locked_pmap)
2318                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2319                         }
2320                         pmap = pc->pc_pmap;
2321                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2322                         if (pmap > locked_pmap)
2323                                 PMAP_LOCK(pmap);
2324                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2325                                 pmap = NULL;
2326                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2327                                 continue;
2328                         }
2329                 }
2330
2331                 /*
2332                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2333                  */
2334                 freed = 0;
2335                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2336                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2337                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2338                                 bit = bsfl(inuse);
2339                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2340                                 va = pv->pv_va;
2341                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2342                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2343                                         continue;
2344                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2345                                 tpte = *pte;
2346                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2347                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2348                                 pmap_pte_release(pte);
2349                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2350                                         continue;
2351                                 KASSERT(tpte != 0,
2352                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2353                                     pmap, va));
2354                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2355                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2356                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2357                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2358                                         vm_page_dirty(m);
2359                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2360                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2361                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2362                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2363                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2364                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2365                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2366                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2367                                                     PGA_WRITEABLE);
2368                                         }
2369                                 }
2370                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2371                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2372                                 freed++;
2373                         }
2374                 }
2375                 if (freed == 0) {
2376                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2377                         continue;
2378                 }
2379                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2380                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2381                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2382                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2383                 pv_entry_count -= freed;
2384                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2385                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2386                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2387                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2388                                     pc_list);
2389                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2390
2391                                 /*
2392                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2393                                  * sufficient.
2394                                  */
2395                                 if (pmap == locked_pmap)
2396                                         goto out;
2397                                 break;
2398                         }
2399                 if (field == _NPCM) {
2400                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2401                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2402                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2403                         /* Entire chunk is free; return it. */
2404                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2405                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2406                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2407                         break;
2408                 }
2409         }
2410 out:
2411         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2412         if (pmap != NULL) {
2413                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2414                 if (pmap != locked_pmap)
2415                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2416         }
2417         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2418                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2419                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2420                 /* Recycle a freed page table page. */
2421                 m_pc->wire_count = 1;
2422         }
2423         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2424         return (m_pc);
2425 }
2426
2427 /*
2428  * free the pv_entry back to the free list
2429  */
2430 static void
2431 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2432 {
2433         struct pv_chunk *pc;
2434         int idx, field, bit;
2435
2436         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2437         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2438         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2439         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2440         pv_entry_count--;
2441         pc = pv_to_chunk(pv);
2442         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2443         field = idx / 32;
2444         bit = idx % 32;
2445         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2446         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2447                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2448                         /*
2449                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2450                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2451                          */
2452                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2453                             pc)) {
2454                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2455                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2456                                     pc_list);
2457                         }
2458                         return;
2459                 }
2460         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2461         free_pv_chunk(pc);
2462 }
2463
2464 static void
2465 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2466 {
2467         vm_page_t m;
2468
2469         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2470         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2471         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2472         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2473         /* entire chunk is free, return it */
2474         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2475         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2476         vm_page_unwire_noq(m);
2477         vm_page_free(m);
2478         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2479 }
2480
2481 /*
2482  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2483  * when needed.
2484  */
2485 static pv_entry_t
2486 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2487 {
2488         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2489         static struct timeval lastprint;
2490         int bit, field;
2491         pv_entry_t pv;
2492         struct pv_chunk *pc;
2493         vm_page_t m;
2494
2495         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2496         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2497         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2498         pv_entry_count++;
2499         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2500                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2501                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2502                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2503                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2504 retry:
2505         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2506         if (pc != NULL) {
2507                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2508                         if (pc->pc_map[field]) {
2509                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2510                                 break;
2511                         }
2512                 }
2513                 if (field < _NPCM) {
2514                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2515                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2516                         /* If this was the last item, move it to tail */
2517                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2518                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2519                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2520                                         return (pv);    /* not full, return */
2521                                 }
2522                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2523                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2524                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2525                         return (pv);
2526                 }
2527         }
2528         /*
2529          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2530          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2531          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2532          */
2533         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2534             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2535                 if (try) {
2536                         pv_entry_count--;
2537                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2538                         return (NULL);
2539                 }
2540                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2541                 if (m == NULL)
2542                         goto retry;
2543         }
2544         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2545         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2546         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2547         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2548         pc->pc_pmap = pmap;
2549         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2550         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2551                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2552         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2553         pv = &pc->pc_pventry[0];
2554         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2555         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2556         return (pv);
2557 }
2558
2559 static __inline pv_entry_t
2560 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2561 {
2562         pv_entry_t pv;
2563
2564         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2565         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2566                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2567                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2568                         break;
2569                 }
2570         }
2571         return (pv);
2572 }
2573
2574 static void
2575 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2576 {
2577         struct md_page *pvh;
2578         pv_entry_t pv;
2579         vm_offset_t va_last;
2580         vm_page_t m;
2581
2582         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2583         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2584             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2585
2586         /*
2587          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2588          * page's pv list.
2589          */
2590         pvh = pa_to_pvh(pa);
2591         va = trunc_4mpage(va);
2592         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2593         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2594         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2595         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2596         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2597         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2598         do {
2599                 m++;
2600                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2601                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2602                 va += PAGE_SIZE;
2603                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2604         } while (va < va_last);
2605 }
2606
2607 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2608 static void
2609 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2610 {
2611         struct md_page *pvh;
2612         pv_entry_t pv;
2613         vm_offset_t va_last;
2614         vm_page_t m;
2615
2616         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2617         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2618             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2619
2620         /*
2621          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2622          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2623          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2624          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2625          * removes one of the mappings that is being promoted.
2626          */
2627         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2628         va = trunc_4mpage(va);
2629         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2630         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2631         pvh = pa_to_pvh(pa);
2632         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2633         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2634         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2635         do {
2636                 m++;
2637                 va += PAGE_SIZE;
2638                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2639         } while (va < va_last);
2640 }
2641 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2642
2643 static void
2644 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2645 {
2646         pv_entry_t pv;
2647
2648         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2649         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2650         free_pv_entry(pmap, pv);
2651 }
2652
2653 static void
2654 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2655 {
2656         struct md_page *pvh;
2657
2658         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2659         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2660         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2661                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2662                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2663                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2664         }
2665 }
2666
2667 /*
2668  * Create a pv entry for page at pa for
2669  * (pmap, va).
2670  */
2671 static void
2672 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2673 {
2674         pv_entry_t pv;
2675
2676         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2677         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2678         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2679         pv->pv_va = va;
2680         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Conditionally create a pv entry.
2685  */
2686 static boolean_t
2687 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2688 {
2689         pv_entry_t pv;
2690
2691         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2692         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2693         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2694             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2695                 pv->pv_va = va;
2696                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2697                 return (TRUE);
2698         } else
2699                 return (FALSE);
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2704  */
2705 static bool
2706 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2707 {
2708         struct md_page *pvh;
2709         pv_entry_t pv;
2710         bool noreclaim;
2711
2712         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2713         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2714         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2715             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2716                 return (false);
2717         pv->pv_va = va;
2718         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2719         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2720         return (true);
2721 }
2722
2723 /*
2724  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2725  */
2726 static void
2727 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2728 {
2729         pt_entry_t *pte;
2730
2731         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2732                 *pte = newpte;  
2733                 newpte += PAGE_SIZE;
2734         }
2735 }
2736
2737 /*
2738  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2739  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2740  */
2741 static boolean_t
2742 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2743 {
2744         pd_entry_t newpde, oldpde;
2745         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2746         vm_paddr_t mptepa;
2747         vm_page_t mpte;
2748         struct spglist free;
2749         vm_offset_t sva;
2750
2751         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2752         oldpde = *pde;
2753         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2754             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2755         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2756             NULL) {
2757                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2758                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2759                     " is missing"));
2760
2761                 /*
2762                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2763                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2764                  * allocation of the new page table page fails.
2765                  */
2766                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2767                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2768                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2769                         SLIST_INIT(&free);
2770                         sva = trunc_4mpage(va);
2771                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2772                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2773                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2774                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2775                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2776                             " in pmap %p", va, pmap);
2777                         return (FALSE);
2778                 }
2779                 if (pmap != kernel_pmap) {
2780                         mpte->wire_count = NPTEPG;
2781                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2782                 }
2783         }
2784         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2785
2786         /*
2787          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2788          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2789          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2790          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2791          */
2792         if (pmap == kernel_pmap)
2793                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2794         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2795                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2796                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2797 #ifdef SMP
2798                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2799 #endif
2800                         invlcaddr(PADDR1);
2801                         PMAP1changed++;
2802                 } else
2803 #ifdef SMP
2804                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2805                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2806                         invlcaddr(PADDR1);
2807                         PMAP1changedcpu++;
2808                 } else
2809 #endif
2810                         PMAP1unchanged++;
2811                 firstpte = PADDR1;
2812         } else {
2813                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2814                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2815                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2816                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2817                             (vm_offset_t)PADDR2);
2818                 }
2819                 firstpte = PADDR2;
2820         }
2821         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2822         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2823             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2824         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2825             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2826         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2827         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2828                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2829
2830         /*
2831          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2832          * initialize it.
2833          */
2834         if (mpte->valid == 0)
2835                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2836
2837         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2838             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2839             " addresses"));
2840
2841         /*
2842          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2843          * entries.
2844          */ 
2845         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2846                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2847         
2848         /*
2849          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2850          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2851          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2852          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2853          * the read above and the store below. 
2854          */
2855         if (workaround_erratum383)
2856                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2857         else if (pmap == kernel_pmap)
2858                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2859         else
2860                 pde_store(pde, newpde); 
2861         if (firstpte == PADDR2)
2862                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2863
2864         /*
2865          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2866          */
2867         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2868
2869         /*
2870          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2871          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2872          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2873          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2874          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2875          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2876          * the 2mpage to referencing the page table page.
2877          */
2878         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2879                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2880
2881         pmap_pde_demotions++;
2882         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2883             " in pmap %p", va, pmap);
2884         return (TRUE);
2885 }
2886
2887 /*
2888  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2889  */
2890 static void
2891 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2892 {
2893         pd_entry_t newpde;
2894         vm_paddr_t mptepa;
2895         vm_page_t mpte;
2896
2897         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2898         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2899         if (mpte == NULL)
2900                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2901
2902         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2903         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2904
2905         /*
2906          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2907          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2908          */
2909         if (mpte->valid != 0)
2910                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2911
2912         /*
2913          * Remove the mapping.
2914          */
2915         if (workaround_erratum383)
2916                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2917         else 
2918                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2919
2920         /*
2921          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2922          */
2923         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2924 }
2925
2926 /*
2927  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2928  */
2929 static void
2930 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2931     struct spglist *free)
2932 {
2933         struct md_page *pvh;
2934         pd_entry_t oldpde;
2935         vm_offset_t eva, va;
2936         vm_page_t m, mpte;
2937
2938         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2939         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2940             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2941         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2942         if (oldpde & PG_W)
2943                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2944
2945         /*
2946          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2947          * PG_G.
2948          */
2949         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2950                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2951
2952         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2953         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2954                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2955                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2956                 eva = sva + NBPDR;
2957                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2958                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2959                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2960                                 vm_page_dirty(m);
2961                         if (oldpde & PG_A)
2962                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2963                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2964                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2965                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2966                 }
2967         }
2968         if (pmap == kernel_pmap) {
2969                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
2970         } else {
2971                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2972                 if (mpte != NULL) {
2973                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2974                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
2975                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2976                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2977                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2978                         mpte->wire_count = 0;
2979                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2980                 }
2981         }
2982 }
2983
2984 /*
2985  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2986  */
2987 static int
2988 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2989     struct spglist *free)
2990 {
2991         pt_entry_t oldpte;
2992         vm_page_t m;
2993
2994         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2995         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2996         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2997         KASSERT(oldpte != 0,
2998             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
2999         if (oldpte & PG_W)
3000                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3001         /*
3002          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3003          * PG_G.
3004          */
3005         if (oldpte & PG_G)
3006                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
3007         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
3008         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3009                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3010                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3011                         vm_page_dirty(m);
3012                 if (oldpte & PG_A)
3013                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3014                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3015         }
3016         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3017 }
3018
3019 /*
3020  * Remove a single page from a process address space
3021  */
3022 static void
3023 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3024 {
3025         pt_entry_t *pte;
3026
3027         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3028         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3029         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3030         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3031                 return;
3032         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3033         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3034 }
3035
3036 /*
3037  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3038  */
3039 static bool
3040 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3041     struct spglist *free)
3042 {
3043         pt_entry_t *pte;
3044         bool anyvalid;
3045
3046         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3047         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3048         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3049         anyvalid = false;
3050         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3051             sva += PAGE_SIZE) {
3052                 if (*pte == 0)
3053                         continue;
3054
3055                 /*
3056                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3057                  * pmap_remove_pte().
3058                  */
3059                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3060                         anyvalid = true;
3061
3062                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3063                         break;
3064         }
3065         return (anyvalid);
3066 }
3067
3068 /*
3069  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3070  *
3071  *      It is assumed that the start and end are properly
3072  *      rounded to the page size.
3073  */
3074 static void
3075 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3076 {
3077         vm_offset_t pdnxt;
3078         pd_entry_t ptpaddr;
3079         struct spglist free;
3080         int anyvalid;
3081
3082         /*
3083          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3084          */
3085         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3086                 return;
3087
3088         anyvalid = 0;
3089         SLIST_INIT(&free);
3090
3091         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3092         sched_pin();
3093         PMAP_LOCK(pmap);
3094
3095         /*
3096          * special handling of removing one page.  a very
3097          * common operation and easy to short circuit some
3098          * code.
3099          */
3100         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3101             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3102                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3103                 goto out;
3104         }
3105
3106         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3107                 u_int pdirindex;
3108
3109                 /*
3110                  * Calculate index for next page table.
3111                  */
3112                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3113                 if (pdnxt < sva)
3114                         pdnxt = eva;
3115                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3116                         break;
3117
3118                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3119                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3120
3121                 /*
3122                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3123                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3124                  */
3125                 if (ptpaddr == 0)
3126                         continue;
3127
3128                 /*
3129                  * Check for large page.
3130                  */
3131                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3132                         /*
3133                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3134                          * demote the mapping and fall through.
3135                          */
3136                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3137                                 /*
3138                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3139                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3140                                  */
3141                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3142                                         anyvalid = 1;
3143                                 pmap_remove_pde(pmap,
3144                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3145                                 continue;
3146                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3147                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3148                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3149                                 continue;
3150                         }
3151                 }
3152
3153                 /*
3154                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3155                  * by the current page table page, or to the end of the
3156                  * range being removed.
3157                  */
3158                 if (pdnxt > eva)
3159                         pdnxt = eva;
3160
3161                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3162                         anyvalid = 1;
3163         }
3164 out:
3165         sched_unpin();
3166         if (anyvalid)
3167                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3168         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3169         PMAP_UNLOCK(pmap);
3170         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3171 }
3172
3173 /*
3174  *      Routine:        pmap_remove_all
3175  *      Function:
3176  *              Removes this physical page from
3177  *              all physical maps in which it resides.
3178  *              Reflects back modify bits to the pager.
3179  *
3180  *      Notes:
3181  *              Original versions of this routine were very
3182  *              inefficient because they iteratively called
3183  *              pmap_remove (slow...)
3184  */
3185
3186 static void
3187 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3188 {
3189         struct md_page *pvh;
3190         pv_entry_t pv;
3191         pmap_t pmap;
3192         pt_entry_t *pte, tpte;
3193         pd_entry_t *pde;
3194         vm_offset_t va;
3195         struct spglist free;
3196
3197         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3198             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3199         SLIST_INIT(&free);
3200         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3201         sched_pin();
3202         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3203                 goto small_mappings;
3204         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3205         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3206                 va = pv->pv_va;
3207                 pmap = PV_PMAP(pv);
3208                 PMAP_LOCK(pmap);
3209                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3210                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3211                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3212         }
3213 small_mappings:
3214         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3215                 pmap = PV_PMAP(pv);
3216                 PMAP_LOCK(pmap);
3217                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3218                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3219                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3220                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3221                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3222                 tpte = pte_load_clear(pte);
3223                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3224                     pmap, pv->pv_va));
3225                 if (tpte & PG_W)
3226                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3227                 if (tpte & PG_A)
3228                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3229
3230                 /*
3231                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3232                  */
3233                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3234                         vm_page_dirty(m);
3235                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3236                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3237                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3238                 free_pv_entry(pmap, pv);
3239                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3240         }
3241         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3242         sched_unpin();
3243         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3244         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3245 }
3246
3247 /*
3248  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3249  */
3250 static boolean_t
3251 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3252 {
3253         pd_entry_t newpde, oldpde;
3254         vm_page_t m, mt;
3255         boolean_t anychanged;
3256
3257         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3258         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3259             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3260         anychanged = FALSE;
3261 retry:
3262         oldpde = newpde = *pde;
3263         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3264                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3265                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3266                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3267                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3268                                 vm_page_dirty(mt);
3269                 }
3270                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3271         }
3272 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3273         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3274                 newpde |= pg_nx;
3275 #endif
3276         if (newpde != oldpde) {
3277                 /*
3278                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3279                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3280                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3281                  */
3282                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3283                         goto retry;
3284                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3285                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3286                 else
3287                         anychanged = TRUE;
3288         }
3289         return (anychanged);
3290 }
3291
3292 /*
3293  *      Set the physical protection on the
3294  *      specified range of this map as requested.
3295  */
3296 static void
3297 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3298     vm_prot_t prot)
3299 {
3300         vm_offset_t pdnxt;
3301         pd_entry_t ptpaddr;
3302         pt_entry_t *pte;
3303         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3304
3305         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3306         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3307                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3308                 return;
3309         }
3310
3311 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3312         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3313             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3314                 return;
3315 #else
3316         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3317                 return;
3318 #endif
3319
3320         if (pmap_is_current(pmap))
3321                 pv_lists_locked = FALSE;
3322         else {
3323                 pv_lists_locked = TRUE;
3324 resume:
3325                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3326                 sched_pin();
3327         }
3328         anychanged = FALSE;
3329
3330         PMAP_LOCK(pmap);
3331         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3332                 pt_entry_t obits, pbits;
3333                 u_int pdirindex;
3334
3335                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3336                 if (pdnxt < sva)
3337                         pdnxt = eva;
3338
3339                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3340                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3341
3342                 /*
3343                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3344                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3345                  */
3346                 if (ptpaddr == 0)
3347                         continue;
3348
3349                 /*
3350                  * Check for large page.
3351                  */
3352                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3353                         /*
3354                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3355                          * demote the mapping and fall through.
3356                          */
3357                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3358                                 /*
3359                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3360                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3361                                  */
3362                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3363                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3364                                         anychanged = TRUE;
3365                                 continue;
3366                         } else {
3367                                 if (!pv_lists_locked) {
3368                                         pv_lists_locked = TRUE;
3369                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3370                                                 if (anychanged)
3371                                                         pmap_invalidate_all_int(
3372                                                             pmap);
3373                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3374                                                 goto resume;
3375                                         }
3376                                         sched_pin();
3377                                 }
3378                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3379                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3380                                         /*
3381                                          * The large page mapping was
3382                                          * destroyed.
3383                                          */
3384                                         continue;
3385                                 }
3386                         }
3387                 }
3388
3389                 if (pdnxt > eva)
3390                         pdnxt = eva;
3391
3392                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3393                     sva += PAGE_SIZE) {
3394                         vm_page_t m;
3395
3396 retry:
3397                         /*
3398                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3399                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3400                          * significant 32 bits.
3401                          */
3402                         obits = pbits = *pte;
3403                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3404                                 continue;
3405
3406                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3407                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3408                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3409                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3410                                         vm_page_dirty(m);
3411                                 }
3412                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3413                         }
3414 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3415                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3416                                 pbits |= pg_nx;
3417 #endif
3418
3419                         if (pbits != obits) {
3420 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3421                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3422                                         goto retry;
3423 #else
3424                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3425                                     pbits))
3426                                         goto retry;
3427 #endif
3428                                 if (obits & PG_G)
3429                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3430                                 else
3431                                         anychanged = TRUE;
3432                         }
3433                 }
3434         }
3435         if (anychanged)
3436                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3437         if (pv_lists_locked) {
3438                 sched_unpin();
3439                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3440         }
3441         PMAP_UNLOCK(pmap);
3442 }
3443
3444 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3445 /*
3446  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3447  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3448  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3449  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3450  * mappings must have identical characteristics.
3451  *
3452  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3453  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3454  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3455  * pmap.
3456  */
3457 static void
3458 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3459 {
3460         pd_entry_t newpde;
3461         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3462         vm_offset_t oldpteva;
3463         vm_page_t mpte;
3464
3465         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3466
3467         /*
3468          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3469          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3470          * within a 2- or 4MB page.
3471          */
3472         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3473 setpde:
3474         newpde = *firstpte;
3475         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3476                 pmap_pde_p_failures++;
3477                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3478                     " in pmap %p", va, pmap);
3479                 return;
3480         }
3481         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3482                 pmap_pde_p_failures++;
3483                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3484                     " in pmap %p", va, pmap);
3485                 return;
3486         }
3487         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3488                 /*
3489                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3490                  * a TLB invalidation.
3491                  */
3492                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3493                     ~PG_RW))  
3494                         goto setpde;
3495                 newpde &= ~PG_RW;
3496         }
3497
3498         /* 
3499          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3500          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3501          * characteristics to the first PTE.
3502          */
3503         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3504         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3505 setpte:
3506                 oldpte = *pte;
3507                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3508                         pmap_pde_p_failures++;
3509                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3510                             " in pmap %p", va, pmap);
3511                         return;
3512                 }
3513                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3514                         /*
3515                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3516                          * without a TLB invalidation.
3517                          */
3518                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3519                             oldpte & ~PG_RW))
3520                                 goto setpte;
3521                         oldpte &= ~PG_RW;
3522                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3523                             (va & ~PDRMASK);
3524                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3525                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3526                 }
3527                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3528                         pmap_pde_p_failures++;
3529                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3530                             " in pmap %p", va, pmap);
3531                         return;
3532                 }
3533                 pa -= PAGE_SIZE;
3534         }
3535
3536         /*
3537          * Save the page table page in its current state until the PDE
3538          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3539          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3540          */
3541         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3542         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3543             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3544             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3545         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3546             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3547         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3548                 pmap_pde_p_failures++;
3549                 CTR2(KTR_PMAP,
3550                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3551                     pmap);
3552                 return;
3553         }
3554
3555         /*
3556          * Promote the pv entries.
3557          */
3558         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3559                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3560
3561         /*
3562          * Propagate the PAT index to its proper position.
3563          */
3564         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3565                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3566
3567         /*
3568          * Map the superpage.
3569          */
3570         if (workaround_erratum383)
3571                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3572         else if (pmap == kernel_pmap)
3573                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3574         else
3575                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3576
3577         pmap_pde_promotions++;
3578         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3579             " in pmap %p", va, pmap);
3580 }
3581 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3582
3583 /*
3584  *      Insert the given physical page (p) at
3585  *      the specified virtual address (v) in the
3586  *      target physical map with the protection requested.
3587  *
3588  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3589  *      that the related pte can not be reclaimed.
3590  *
3591  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3592  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3593  *      insert this page into the given map NOW.
3594  */
3595 static int
3596 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3597     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3598 {
3599         pd_entry_t *pde;
3600         pt_entry_t *pte;
3601         pt_entry_t newpte, origpte;
3602         pv_entry_t pv;
3603         vm_paddr_t opa, pa;
3604         vm_page_t mpte, om;
3605         int rv;
3606
3607         va = trunc_page(va);
3608         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3609             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3610             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3611         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3612             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3613             va));
3614         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3615             va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3616             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3617         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3618                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3619         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3620             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3621         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3622         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3623         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3624                 newpte |= PG_M;
3625         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3626                 newpte |= PG_RW;
3627         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3628             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3629 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3630         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3631                 newpte |= pg_nx;
3632 #endif
3633         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3634                 newpte |= PG_W;
3635         if (pmap != kernel_pmap)
3636                 newpte |= PG_U;
3637         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3638         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3639                 newpte |= PG_MANAGED;
3640
3641         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3642         PMAP_LOCK(pmap);
3643         sched_pin();
3644         if (psind == 1) {
3645                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3646                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3647                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3648                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3649                 goto out;
3650         }
3651
3652         pde = pmap_pde(pmap, va);
3653         if (pmap != kernel_pmap) {
3654                 /*
3655                  * va is for UVA.
3656                  * In the case that a page table page is not resident,
3657                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3658                  * demotion.
3659                  */
3660                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3661                 if (mpte == NULL) {
3662                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3663                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3664                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3665                         goto out;
3666                 }
3667         } else {
3668                 /*
3669                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3670                  * to install a page table page.  PG_V is also
3671                  * asserted by pmap_demote_pde().
3672                  */
3673                 mpte = NULL;
3674                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3675                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3676                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3677                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3678                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3679         }
3680         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3681
3682         /*
3683          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3684          * happen.  We should have either allocated the page table
3685          * page or demoted the existing mapping above.
3686          */
3687         if (pte == NULL) {
3688                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3689                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3690         }
3691
3692         origpte = *pte;
3693         pv = NULL;
3694
3695         /*
3696          * Is the specified virtual address already mapped?
3697          */
3698         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3699                 /*
3700                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3701                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3702                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3703                  * the PT page will be also.
3704                  */
3705                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3706                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3707                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3708                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3709
3710                 /*
3711                  * Remove the extra PT page reference.
3712                  */
3713                 if (mpte != NULL) {
3714                         mpte->wire_count--;
3715                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3716                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3717                              " va: 0x%x", va));
3718                 }
3719
3720                 /*
3721                  * Has the physical page changed?
3722                  */
3723                 opa = origpte & PG_FRAME;
3724                 if (opa == pa) {
3725                         /*
3726                          * No, might be a protection or wiring change.
3727                          */
3728                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3729                             (newpte & PG_RW) != 0)
3730                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3731                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3732                                 goto unchanged;
3733                         goto validate;
3734                 }
3735
3736                 /*
3737                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3738                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3739                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3740                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3741                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3742                  * avoiding an allocation.
3743                  *
3744                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3745                  */
3746                 origpte = pte_load_clear(pte);
3747                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3748                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3749                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3750                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3751
3752                         /*
3753                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3754                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3755                          * pmap_ts_referenced().
3756                          */
3757                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3758                                 vm_page_dirty(om);
3759                         if ((origpte & PG_A) != 0)
3760                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3761                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3762                         KASSERT(pv != NULL,
3763                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3764                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3765                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3766                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3767                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3768                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3769                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3770                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3771                 }
3772                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3773                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3774                 origpte = 0;
3775         } else {
3776                 /*
3777                  * Increment the counters.
3778                  */
3779                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3780                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3781                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3782         }
3783
3784         /*
3785          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3786          */
3787         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3788                 if (pv == NULL) {
3789                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3790                         pv->pv_va = va;
3791                 }
3792                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3793                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3794                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3795         }
3796
3797         /*
3798          * Update the PTE.
3799          */
3800         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3801 validate:
3802                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3803                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3804                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3805                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3806                     (PG_M | PG_RW)) {
3807                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3808                                 vm_page_dirty(m);
3809
3810                         /*
3811                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3812                          * invalidation may nonetheless be required because
3813                          * the PTE no longer has PG_M set.
3814                          */
3815                 }
3816 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3817                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3818                         /*
3819                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3820                          */
3821                         goto unchanged;
3822                 }
3823 #endif
3824                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3825                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3826         } else
3827                 pte_store_zero(pte, newpte);
3828
3829 unchanged:
3830
3831 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3832         /*
3833          * If both the page table page and the reservation are fully
3834          * populated, then attempt promotion.
3835          */
3836         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3837             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3838             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3839                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3840 #endif
3841
3842         rv = KERN_SUCCESS;
3843 out:
3844         sched_unpin();
3845         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3846         PMAP_UNLOCK(pmap);
3847         return (rv);
3848 }
3849
3850 /*
3851  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3852  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3853  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3854  * reclaiming another PV entry.
3855  */
3856 static bool
3857 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3858 {
3859         pd_entry_t newpde;
3860
3861         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3862         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3863             PG_PS | PG_V;
3864         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3865                 newpde |= PG_MANAGED;
3866 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3867         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3868                 newpde |= pg_nx;
3869 #endif
3870         if (pmap != kernel_pmap)
3871                 newpde |= PG_U;
3872         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3873             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3874             KERN_SUCCESS);
3875 }
3876
3877 /*
3878  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3879  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3880  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3881  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3882  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3883  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3884  *
3885  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3886  */
3887 static int
3888 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3889     vm_page_t m)
3890 {
3891         struct spglist free;
3892         pd_entry_t oldpde, *pde;
3893         vm_page_t mt;
3894
3895         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3896         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3897             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3898         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3899             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3900         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3901         pde = pmap_pde(pmap, va);
3902         oldpde = *pde;
3903         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3904                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
3905                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3906                             " in pmap %p", va, pmap);
3907                         return (KERN_FAILURE);
3908                 }
3909                 /* Break the existing mapping(s). */
3910                 SLIST_INIT(&free);
3911                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3912                         /*
3913                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3914                          * reserved PT page could be freed.
3915                          */
3916                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3917                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3918                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3919                 } else {
3920                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3921                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3922                 }
3923                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3924                 if (pmap == kernel_pmap) {
3925                         /*
3926                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
3927                          * leave the kernel page table page zero filled.
3928                          */
3929                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3930                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3931                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
3932                 } else
3933                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3934                             pde));
3935         }
3936         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
3937                 /*
3938                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3939                  */
3940                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
3941                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3942                             " in pmap %p", va, pmap);
3943                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3944                 }
3945                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
3946                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3947                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3948                 }
3949         }
3950
3951         /*
3952          * Increment counters.
3953          */
3954         if ((newpde & PG_W) != 0)
3955                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3956         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3957
3958         /*
3959          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
3960          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
3961          */
3962         pde_store(pde, newpde);
3963
3964         pmap_pde_mappings++;
3965         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3966             " in pmap %p", va, pmap);
3967         return (KERN_SUCCESS);
3968 }
3969
3970 /*
3971  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3972  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3973  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3974  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3975  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3976  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3977  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3978  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3979  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3980  * corresponding offset from m_start are mapped.
3981  */
3982 static void
3983 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3984     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3985 {
3986         vm_offset_t va;
3987         vm_page_t m, mpte;
3988         vm_pindex_t diff, psize;
3989
3990         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3991
3992         psize = atop(end - start);
3993         mpte = NULL;
3994         m = m_start;
3995         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3996         PMAP_LOCK(pmap);
3997         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3998                 va = start + ptoa(diff);
3999                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4000                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
4001                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
4002                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4003                 else
4004                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4005                             mpte);
4006                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4007         }
4008         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4009         PMAP_UNLOCK(pmap);
4010 }
4011
4012 /*
4013  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4014  * 1. Current pmap & pmap exists.
4015  * 2. Not wired.
4016  * 3. Read access.
4017  * 4. No page table pages.
4018  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4019  */
4020
4021 static void
4022 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4023     vm_prot_t prot)
4024 {
4025
4026         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4027         PMAP_LOCK(pmap);
4028         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4029         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4030         PMAP_UNLOCK(pmap);
4031 }
4032
4033 static vm_page_t
4034 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4035     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4036 {
4037         pt_entry_t newpte, *pte;
4038         struct spglist free;
4039
4040         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
4041             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4042             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4043         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4044         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4045
4046         /*
4047          * In the case that a page table page is not
4048          * resident, we are creating it here.
4049          */
4050         if (pmap != kernel_pmap) {
4051                 u_int ptepindex;
4052                 pd_entry_t ptepa;
4053
4054                 /*
4055                  * Calculate pagetable page index
4056                  */
4057                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4058                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4059                         mpte->wire_count++;
4060                 } else {
4061                         /*
4062                          * Get the page directory entry
4063                          */
4064                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4065
4066                         /*
4067                          * If the page table page is mapped, we just increment
4068                          * the hold count, and activate it.
4069                          */
4070                         if (ptepa) {
4071                                 if (ptepa & PG_PS)
4072                                         return (NULL);
4073                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4074                                 mpte->wire_count++;
4075                         } else {
4076                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4077                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4078                                 if (mpte == NULL)
4079                                         return (mpte);
4080                         }
4081                 }
4082         } else {
4083                 mpte = NULL;
4084         }
4085
4086         sched_pin();
4087         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4088         if (*pte) {
4089                 if (mpte != NULL) {
4090                         mpte->wire_count--;
4091                         mpte = NULL;
4092                 }
4093                 sched_unpin();
4094                 return (mpte);
4095         }
4096
4097         /*
4098          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4099          */
4100         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4101             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4102                 if (mpte != NULL) {
4103                         SLIST_INIT(&free);
4104                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
4105                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
4106                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4107                         }
4108                         
4109                         mpte = NULL;
4110                 }
4111                 sched_unpin();
4112                 return (mpte);
4113         }
4114
4115         /*
4116          * Increment counters
4117          */
4118         pmap->pm_stats.resident_count++;
4119
4120         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4121             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4122         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4123                 newpte |= PG_MANAGED;
4124 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4125         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4126                 newpte |= pg_nx;
4127 #endif
4128         if (pmap != kernel_pmap)
4129                 newpte |= PG_U;
4130         pte_store_zero(pte, newpte);
4131         sched_unpin();
4132         return (mpte);
4133 }
4134
4135 /*
4136  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4137  * to be used for panic dumps.
4138  */
4139 static void *
4140 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4141 {
4142         vm_offset_t va;
4143
4144         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4145         pmap_kenter(va, pa);
4146         invlpg(va);
4147         return ((void *)crashdumpmap);
4148 }
4149
4150 /*
4151  * This code maps large physical mmap regions into the
4152  * processor address space.  Note that some shortcuts
4153  * are taken, but the code works.
4154  */
4155 static void
4156 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4157     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4158 {
4159         pd_entry_t *pde;
4160         vm_paddr_t pa, ptepa;
4161         vm_page_t p;
4162         int pat_mode;
4163
4164         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4165         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4166             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4167         if (pg_ps_enabled &&
4168             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4169                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4170                         return;
4171                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4172                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4173                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4174                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4175
4176                 /*
4177                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4178                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4179                  */
4180                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4181                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4182                         return;
4183
4184                 /*
4185                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4186                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4187                  * memory attributes.
4188                  */
4189                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4190                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4191                     pa += PAGE_SIZE) {
4192                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4193                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4194                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4195                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4196                                 return;
4197                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4198                 }
4199
4200                 /*
4201                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4202                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4203                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4204                  */
4205                 PMAP_LOCK(pmap);
4206                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4207                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4208                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4209                         if (*pde == 0) {
4210                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4211                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4212                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4213                                     PAGE_SIZE;
4214                                 pmap_pde_mappings++;
4215                         }
4216                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4217                         addr += NBPDR;
4218                 }
4219                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4220         }
4221 }
4222
4223 /*
4224  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4225  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4226  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4227  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4228  *
4229  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4230  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4231  */
4232 static void
4233 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4234 {
4235         vm_offset_t pdnxt;
4236         pd_entry_t *pde;
4237         pt_entry_t *pte;
4238         boolean_t pv_lists_locked;
4239
4240         if (pmap_is_current(pmap))
4241                 pv_lists_locked = FALSE;
4242         else {
4243                 pv_lists_locked = TRUE;
4244 resume:
4245                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4246                 sched_pin();
4247         }
4248         PMAP_LOCK(pmap);
4249         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4250                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4251                 if (pdnxt < sva)
4252                         pdnxt = eva;
4253                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4254                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4255                         continue;
4256                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4257                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4258                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4259                                     (uintmax_t)*pde);
4260
4261                         /*
4262                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4263                          * demote the mapping and fall through.
4264                          */
4265                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4266                                 /*
4267                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4268                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4269                                  * significant 32 bits.
4270                                  */
4271                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4272                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4273                                     PAGE_SIZE;
4274                                 continue;
4275                         } else {
4276                                 if (!pv_lists_locked) {
4277                                         pv_lists_locked = TRUE;
4278                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4279                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4280                                                 /* Repeat sva. */
4281                                                 goto resume;
4282                                         }
4283                                         sched_pin();
4284                                 }
4285                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4286                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4287                         }
4288                 }
4289                 if (pdnxt > eva)
4290                         pdnxt = eva;
4291                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4292                     sva += PAGE_SIZE) {
4293                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4294                                 continue;
4295                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4296                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4297                                     (uintmax_t)*pte);
4298
4299                         /*
4300                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4301                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4302                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4303                          *
4304                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4305                          */
4306                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4307                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4308                 }
4309         }
4310         if (pv_lists_locked) {
4311                 sched_unpin();
4312                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4313         }
4314         PMAP_UNLOCK(pmap);
4315 }
4316
4317
4318 /*
4319  *      Copy the range specified by src_addr/len
4320  *      from the source map to the range dst_addr/len
4321  *      in the destination map.
4322  *
4323  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4324  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4325  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4326  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4327  *      world.
4328  */
4329
4330 static void
4331 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4332     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4333 {
4334         struct spglist free;
4335         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4336         pd_entry_t srcptepaddr;
4337         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4338         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4339         u_int ptepindex;
4340
4341         if (dst_addr != src_addr)
4342                 return;
4343
4344         end_addr = src_addr + len;
4345
4346         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4347         if (dst_pmap < src_pmap) {
4348                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4349                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4350         } else {
4351                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4352                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4353         }
4354         sched_pin();
4355         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4356                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4357                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4358
4359                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4360                 if (pdnxt < addr)
4361                         pdnxt = end_addr;
4362                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4363
4364                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4365                 if (srcptepaddr == 0)
4366                         continue;
4367
4368                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4369                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4370                                 continue;
4371                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4372                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4373                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4374                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4375                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4376                                     ~PG_W;
4377                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4378                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4379                                 pmap_pde_mappings++;
4380                         }
4381                         continue;
4382                 }
4383
4384                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4385                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4386                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4387
4388                 if (pdnxt > end_addr)
4389                         pdnxt = end_addr;
4390
4391                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4392                 while (addr < pdnxt) {
4393                         ptetemp = *src_pte;
4394                         /*
4395                          * we only virtual copy managed pages
4396                          */
4397                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4398                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4399                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4400                                 if (dstmpte == NULL)
4401                                         goto out;
4402                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4403                                 if (*dst_pte == 0 &&
4404                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4405                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4406                                         /*
4407                                          * Clear the wired, modified, and
4408                                          * accessed (referenced) bits
4409                                          * during the copy.
4410                                          */
4411                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4412                                             PG_A);
4413                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4414                                 } else {
4415                                         SLIST_INIT(&free);
4416                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, dstmpte,
4417                                             &free)) {
4418                                                 pmap_invalidate_page_int(
4419                                                     dst_pmap, addr);
4420                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
4421                                                     true);
4422                                         }
4423                                         goto out;
4424                                 }
4425                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4426                                         break;
4427                         }
4428                         addr += PAGE_SIZE;
4429                         src_pte++;
4430                 }
4431         }
4432 out:
4433         sched_unpin();
4434         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4435         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4436         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4437 }
4438
4439 /*
4440  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4441  */
4442 static __inline void
4443 pagezero(void *page)
4444 {
4445 #if defined(I686_CPU)
4446         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4447                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4448                         sse2_pagezero(page);
4449                 else
4450                         i686_pagezero(page);
4451         } else
4452 #endif
4453                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4454 }
4455
4456 /*
4457  * Zero the specified hardware page.
4458  */
4459 static void
4460 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4461 {
4462         pt_entry_t *cmap_pte2;
4463         struct pcpu *pc;
4464
4465         sched_pin();
4466         pc = get_pcpu();
4467         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4468         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4469         if (*cmap_pte2)
4470                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4471         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4472             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4473         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4474         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4475         *cmap_pte2 = 0;
4476
4477         /*
4478          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4479          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4480          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4481          */
4482         sched_unpin();
4483         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4484 }
4485
4486 /*
4487  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4488  * cover an area beyond a single hardware page.
4489  */
4490 static void
4491 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4492 {
4493         pt_entry_t *cmap_pte2;
4494         struct pcpu *pc;
4495
4496         sched_pin();
4497         pc = get_pcpu();
4498         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4499         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4500         if (*cmap_pte2)
4501                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4502         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4503             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4504         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4505         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4506                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4507         else
4508                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4509         *cmap_pte2 = 0;
4510         sched_unpin();
4511         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4512 }
4513
4514 /*
4515  * Copy 1 specified hardware page to another.
4516  */
4517 static void
4518 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4519 {
4520         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4521         struct pcpu *pc;
4522
4523         sched_pin();
4524         pc = get_pcpu();
4525         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4526         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4527         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4528         if (*cmap_pte1)
4529                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4530         if (*cmap_pte2)
4531                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4532         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4533             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4534         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4535         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4536             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4537         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4538         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4539         *cmap_pte1 = 0;
4540         *cmap_pte2 = 0;
4541         sched_unpin();
4542         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4543 }
4544
4545 static void
4546 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4547     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4548 {
4549         vm_page_t a_pg, b_pg;
4550         char *a_cp, *b_cp;
4551         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4552         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4553         struct pcpu *pc;
4554         int cnt;
4555
4556         sched_pin();
4557         pc = get_pcpu();
4558         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4559         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4560         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4561         if (*cmap_pte1 != 0)
4562                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4563         if (*cmap_pte2 != 0)
4564                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4565         while (xfersize > 0) {
4566                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4567                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4568                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4569                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4570                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4571                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4572                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4573                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4574                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4575                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4576                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4577                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4578                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4579                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4580                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4581                 a_offset += cnt;
4582                 b_offset += cnt;
4583                 xfersize -= cnt;
4584         }
4585         *cmap_pte1 = 0;
4586         *cmap_pte2 = 0;
4587         sched_unpin();
4588         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4589 }
4590
4591 /*
4592  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4593  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4594  * be changed upwards or downwards in the future; it
4595  * is only necessary that true be returned for a small
4596  * subset of pmaps for proper page aging.
4597  */
4598 static boolean_t
4599 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4600 {
4601         struct md_page *pvh;
4602         pv_entry_t pv;
4603         int loops = 0;
4604         boolean_t rv;
4605
4606         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4607             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4608         rv = FALSE;
4609         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4610         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4611                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4612                         rv = TRUE;
4613                         break;
4614                 }
4615                 loops++;
4616                 if (loops >= 16)
4617                         break;
4618         }
4619         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4620                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4621                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4622                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4623                                 rv = TRUE;
4624                                 break;
4625                         }
4626                         loops++;
4627                         if (loops >= 16)
4628                                 break;
4629                 }
4630         }
4631         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4632         return (rv);
4633 }
4634
4635 /*
4636  *      pmap_page_wired_mappings:
4637  *
4638  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4639  *      that are wired.
4640  */
4641 static int
4642 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4643 {
4644         int count;
4645
4646         count = 0;
4647         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4648                 return (count);
4649         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4650         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4651         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4652             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4653                 count);
4654         }
4655         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4656         return (count);
4657 }
4658
4659 /*
4660  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4661  *
4662  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4663  */
4664 static int
4665 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4666 {
4667         pmap_t pmap;
4668         pt_entry_t *pte;
4669         pv_entry_t pv;
4670
4671         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4672         sched_pin();
4673         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4674                 pmap = PV_PMAP(pv);
4675                 PMAP_LOCK(pmap);
4676                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4677                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4678                         count++;
4679                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4680         }
4681         sched_unpin();
4682         return (count);
4683 }
4684
4685 /*
4686  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4687  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4688  */
4689 static boolean_t
4690 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4691 {
4692         boolean_t rv;
4693
4694         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4695                 return (FALSE);
4696         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4697         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4698             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4699             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4700         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4701         return (rv);
4702 }
4703
4704 /*
4705  * Remove all pages from specified address space
4706  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4707  * is special cased for current process only, but
4708  * can have the more generic (and slightly slower)
4709  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4710  * in the case of running down an entire address space.
4711  */
4712 static void
4713 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4714 {
4715         pt_entry_t *pte, tpte;
4716         vm_page_t m, mpte, mt;
4717         pv_entry_t pv;
4718         struct md_page *pvh;
4719         struct pv_chunk *pc, *npc;
4720         struct spglist free;
4721         int field, idx;
4722         int32_t bit;
4723         uint32_t inuse, bitmask;
4724         int allfree;
4725
4726         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4727                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4728                 return;
4729         }
4730         SLIST_INIT(&free);
4731         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4732         PMAP_LOCK(pmap);
4733         sched_pin();
4734         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4735                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4736                     pc->pc_pmap));
4737                 allfree = 1;
4738                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4739                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4740                         while (inuse != 0) {
4741                                 bit = bsfl(inuse);
4742                                 bitmask = 1UL << bit;
4743                                 idx = field * 32 + bit;
4744                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4745                                 inuse &= ~bitmask;
4746
4747                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4748                                 tpte = *pte;
4749                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4750                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4751                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4752                                 }
4753
4754                                 if (tpte == 0) {
4755                                         printf(
4756                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4757                                             pte, pv->pv_va);
4758                                         panic("bad pte");
4759                                 }
4760
4761 /*
4762  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4763  */
4764                                 if (tpte & PG_W) {
4765                                         allfree = 0;
4766                                         continue;
4767                                 }
4768
4769                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4770                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4771                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4772                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4773                                     (uintmax_t)tpte));
4774
4775                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4776                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4777                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4778                                     (uintmax_t)tpte));
4779
4780                                 pte_clear(pte);
4781
4782                                 /*
4783                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4784                                  */
4785                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4786                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4787                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4788                                                         vm_page_dirty(mt);
4789                                         } else
4790                                                 vm_page_dirty(m);
4791                                 }
4792
4793                                 /* Mark free */
4794                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4795                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4796                                 pv_entry_count--;
4797                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4798                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4799                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4800                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4801                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4802                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4803                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4804                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4805                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4806                                         }
4807                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4808                                         if (mpte != NULL) {
4809                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4810                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4811                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4812                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4813                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4814                                                 mpte->wire_count = 0;
4815                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4816                                         }
4817                                 } else {
4818                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4819                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4820                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4821                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4822                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4823                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4824                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4825                                         }
4826                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4827                                 }
4828                         }
4829                 }
4830                 if (allfree) {
4831                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4832                         free_pv_chunk(pc);
4833                 }
4834         }
4835         sched_unpin();
4836         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4837         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4838         PMAP_UNLOCK(pmap);
4839         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4840 }
4841
4842 /*
4843  *      pmap_is_modified:
4844  *
4845  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4846  *      in any physical maps.
4847  */
4848 static boolean_t
4849 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4850 {
4851         boolean_t rv;
4852
4853         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4854             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4855
4856         /*
4857          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4858          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4859          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4860          */
4861         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4862         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4863                 return (FALSE);
4864         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4865         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4866             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4867             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4868         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4869         return (rv);
4870 }
4871
4872 /*
4873  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4874  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4875  * mappings are supported.
4876  */
4877 static boolean_t
4878 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4879 {
4880         pv_entry_t pv;
4881         pt_entry_t *pte;
4882         pmap_t pmap;
4883         boolean_t rv;
4884
4885         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4886         rv = FALSE;
4887         sched_pin();
4888         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4889                 pmap = PV_PMAP(pv);
4890                 PMAP_LOCK(pmap);
4891                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4892                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4893                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4894                 if (rv)
4895                         break;
4896         }
4897         sched_unpin();
4898         return (rv);
4899 }
4900
4901 /*
4902  *      pmap_is_prefaultable:
4903  *
4904  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4905  *      for prefault.
4906  */
4907 static boolean_t
4908 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4909 {
4910         pd_entry_t pde;
4911         boolean_t rv;
4912
4913         rv = FALSE;
4914         PMAP_LOCK(pmap);
4915         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4916         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4917                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4918         PMAP_UNLOCK(pmap);
4919         return (rv);
4920 }
4921
4922 /*
4923  *      pmap_is_referenced:
4924  *
4925  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4926  *      in any physical maps.
4927  */
4928 static boolean_t
4929 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4930 {
4931         boolean_t rv;
4932
4933         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4934             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4935         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4936         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4937             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4938             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4939         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4940         return (rv);
4941 }
4942
4943 /*
4944  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4945  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4946  */
4947 static boolean_t
4948 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4949 {
4950         pv_entry_t pv;
4951         pt_entry_t *pte;
4952         pmap_t pmap;
4953         boolean_t rv;
4954
4955         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4956         rv = FALSE;
4957         sched_pin();
4958         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4959                 pmap = PV_PMAP(pv);
4960                 PMAP_LOCK(pmap);
4961                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4962                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4963                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4964                 if (rv)
4965                         break;
4966         }
4967         sched_unpin();
4968         return (rv);
4969 }
4970
4971 /*
4972  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4973  */
4974 static void
4975 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
4976 {
4977         struct md_page *pvh;
4978         pv_entry_t next_pv, pv;
4979         pmap_t pmap;
4980         pd_entry_t *pde;
4981         pt_entry_t oldpte, *pte;
4982         vm_offset_t va;
4983
4984         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4985             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4986
4987         /*
4988          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4989          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4990          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4991          */
4992         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4993         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4994                 return;
4995         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4996         sched_pin();
4997         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4998                 goto small_mappings;
4999         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5000         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5001                 va = pv->pv_va;
5002                 pmap = PV_PMAP(pv);
5003                 PMAP_LOCK(pmap);
5004                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5005                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5006                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
5007                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5008         }
5009 small_mappings:
5010         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5011                 pmap = PV_PMAP(pv);
5012                 PMAP_LOCK(pmap);
5013                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5014                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5015                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5016                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5017 retry:
5018                 oldpte = *pte;
5019                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5020                         /*
5021                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5022                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5023                          * significant 32 bits.
5024                          */
5025                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5026                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5027                                 goto retry;
5028                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5029                                 vm_page_dirty(m);
5030                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5031                 }
5032                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5033         }
5034         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5035         sched_unpin();
5036         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5037 }
5038
5039 /*
5040  *      pmap_ts_referenced:
5041  *
5042  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5043  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5044  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5045  *      reference bits set.
5046  *
5047  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5048  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5049  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5050  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5051  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5052  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5053  *      to pmap_is_modified().
5054  */
5055 static int
5056 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5057 {
5058         struct md_page *pvh;
5059         pv_entry_t pv, pvf;
5060         pmap_t pmap;
5061         pd_entry_t *pde;
5062         pt_entry_t *pte;
5063         vm_paddr_t pa;
5064         int rtval = 0;
5065
5066         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5067             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5068         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5069         pvh = pa_to_pvh(pa);
5070         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5071         sched_pin();
5072         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5073             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5074                 goto small_mappings;
5075         pv = pvf;
5076         do {
5077                 pmap = PV_PMAP(pv);
5078                 PMAP_LOCK(pmap);
5079                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5080                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5081                         /*
5082                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5083                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5084                          * we only update the 4KB page under test.
5085                          */
5086                         vm_page_dirty(m);
5087                 }
5088                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5089                         /*
5090                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5091                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5092                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5093                          * on the physical page number, the virtual superpage
5094                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5095                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5096                          * reference bit will result in clearing that bit.
5097                          * This function is designed to avoid the selection of
5098                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5099                          *
5100                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5101                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5102                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5103                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5104                          * since the superpage is wired, the current state of
5105                          * its reference bit won't affect page replacement.
5106                          */
5107                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5108                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5109                             (*pde & PG_W) == 0) {
5110                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5111                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5112                         }
5113                         rtval++;
5114                 }
5115                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5116                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5117                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5118                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5119                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5120                 }
5121                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5122                         goto out;
5123         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5124 small_mappings:
5125         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5126                 goto out;
5127         pv = pvf;
5128         do {
5129                 pmap = PV_PMAP(pv);
5130                 PMAP_LOCK(pmap);
5131                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5132                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5133                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5134                     m));
5135                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5136                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5137                         vm_page_dirty(m);
5138                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5139                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5140                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5141                         rtval++;
5142                 }
5143                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5144                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5145                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5146                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5147                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5148                 }
5149         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5150             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5151 out:
5152         sched_unpin();
5153         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5154         return (rtval);
5155 }
5156
5157 /*
5158  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5159  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5160  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5161  */
5162 static void
5163 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5164     int advice)
5165 {
5166         pd_entry_t oldpde, *pde;
5167         pt_entry_t *pte;
5168         vm_offset_t va, pdnxt;
5169         vm_page_t m;
5170         bool anychanged, pv_lists_locked;
5171
5172         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5173                 return;
5174         if (pmap_is_current(pmap))
5175                 pv_lists_locked = false;
5176         else {
5177                 pv_lists_locked = true;
5178 resume:
5179                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5180                 sched_pin();
5181         }
5182         anychanged = false;
5183         PMAP_LOCK(pmap);
5184         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5185                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5186                 if (pdnxt < sva)
5187                         pdnxt = eva;
5188                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5189                 oldpde = *pde;
5190                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5191                         continue;
5192                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5193                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5194                                 continue;
5195                         if (!pv_lists_locked) {
5196                                 pv_lists_locked = true;
5197                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5198                                         if (anychanged)
5199                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5200                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5201                                         goto resume;
5202                                 }
5203                                 sched_pin();
5204                         }
5205                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5206                                 /*
5207                                  * The large page mapping was destroyed.
5208                                  */
5209                                 continue;
5210                         }
5211
5212                         /*
5213                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5214                          * mapping to a single page so that a subsequent
5215                          * access may repromote.  Choosing the last page
5216                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5217                          * generally results in more repromotions.  Since the
5218                          * underlying page table page is fully populated, this
5219                          * removal never frees a page table page.
5220                          */
5221                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5222                                 va = eva;
5223                                 if (va > pdnxt)
5224                                         va = pdnxt;
5225                                 va -= PAGE_SIZE;
5226                                 KASSERT(va >= sva,
5227                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5228                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5229                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5230                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5231                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5232                                 anychanged = true;
5233                         }
5234                 }
5235                 if (pdnxt > eva)
5236                         pdnxt = eva;
5237                 va = pdnxt;
5238                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5239                     sva += PAGE_SIZE) {
5240                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5241                                 goto maybe_invlrng;
5242                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5243                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5244                                         /*
5245                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5246                                          * can be avoided by making the page
5247                                          * dirty now.
5248                                          */
5249                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5250                                         vm_page_dirty(m);
5251                                 }
5252                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5253                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5254                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5255                         else
5256                                 goto maybe_invlrng;
5257                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5258                                 if (va == pdnxt)
5259                                         va = sva;
5260                         } else
5261                                 anychanged = true;
5262                         continue;
5263 maybe_invlrng:
5264                         if (va != pdnxt) {
5265                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5266                                 va = pdnxt;
5267                         }
5268                 }
5269                 if (va != pdnxt)
5270                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5271         }
5272         if (anychanged)
5273                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5274         if (pv_lists_locked) {
5275                 sched_unpin();
5276                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5277         }
5278         PMAP_UNLOCK(pmap);
5279 }
5280
5281 /*
5282  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5283  */
5284 static void
5285 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5286 {
5287         struct md_page *pvh;
5288         pv_entry_t next_pv, pv;
5289         pmap_t pmap;
5290         pd_entry_t oldpde, *pde;
5291         pt_entry_t *pte;
5292         vm_offset_t va;
5293
5294         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5295             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5296         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5297         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5298             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5299
5300         /*
5301          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5302          * If the object containing the page is locked and the page is not
5303          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5304          */
5305         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5306                 return;
5307         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5308         sched_pin();
5309         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5310                 goto small_mappings;
5311         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5312         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5313                 va = pv->pv_va;
5314                 pmap = PV_PMAP(pv);
5315                 PMAP_LOCK(pmap);
5316                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5317                 oldpde = *pde;
5318                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5319                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5320                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5321                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5322                         /*
5323                          * Write protect the mapping to a single page so that
5324                          * a subsequent write access may repromote.
5325                          */
5326                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5327                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5328                         /*
5329                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5330                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5331                          * significant 32 bits.
5332                          */
5333                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5334                         vm_page_dirty(m);
5335                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5336                 }
5337                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5338         }
5339 small_mappings:
5340         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5341                 pmap = PV_PMAP(pv);
5342                 PMAP_LOCK(pmap);
5343                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5344                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5345                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5346                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5347                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5348                         /*
5349                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5350                          * in size, PG_M is among the least significant
5351                          * 32 bits. 
5352                          */
5353                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5354                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5355                 }
5356                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5357         }
5358         sched_unpin();
5359         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5360 }
5361
5362 /*
5363  * Miscellaneous support routines follow
5364  */
5365
5366 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5367 static __inline void
5368 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5369 {
5370         u_int opte, npte;
5371
5372         /*
5373          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5374          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5375          */
5376         do {
5377                 opte = *(u_int *)pte;
5378                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5379                 npte |= cache_bits;
5380         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5381 }
5382
5383 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5384 static __inline void
5385 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5386 {
5387         u_int opde, npde;
5388
5389         /*
5390          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5391          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5392          */
5393         do {
5394                 opde = *(u_int *)pde;
5395                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5396                 npde |= cache_bits;
5397         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5398 }
5399
5400 /*
5401  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5402  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5403  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5404  * NOT real memory.
5405  */
5406 static void *
5407 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5408     int flags)
5409 {
5410         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5411         vm_offset_t va, offset;
5412         vm_page_t m;
5413         vm_size_t tmpsize;
5414         int i;
5415
5416         offset = pa & PAGE_MASK;
5417         size = round_page(offset + size);
5418         pa = pa & PG_FRAME;
5419
5420         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5421                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5422                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5423                         return ((void *)(va + offset));
5424         } else if (!pmap_initialized) {
5425                 va = 0;
5426                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5427                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5428                         if (ppim->va == 0) {
5429                                 ppim->pa = pa;
5430                                 ppim->sz = size;
5431                                 ppim->mode = mode;
5432                                 ppim->va = virtual_avail;
5433                                 virtual_avail += size;
5434                                 va = ppim->va;
5435                                 break;
5436                         }
5437                 }
5438                 if (va == 0)
5439                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5440         } else {
5441                 /*
5442                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5443                  */
5444                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5445                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5446                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5447                             (ppim->mode == mode ||
5448                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5449                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5450                 }
5451                 va = kva_alloc(size);
5452                 if (va == 0)
5453                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5454         }
5455         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5456                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5457                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5458                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5459                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5460                                     m->md.pat_mode);
5461                                 continue;
5462                         }
5463                 }
5464                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5465         }
5466         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5467         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5468         return ((void *)(va + offset));
5469 }
5470
5471 static void
5472 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5473 {
5474         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5475         vm_offset_t offset;
5476         int i;
5477
5478         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5479                 return;
5480         offset = va & PAGE_MASK;
5481         size = round_page(offset + size);
5482         va = trunc_page(va);
5483         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5484                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5485                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5486                         if (pmap_initialized)
5487                                 return;
5488                         ppim->pa = 0;
5489                         ppim->va = 0;
5490                         ppim->sz = 0;
5491                         ppim->mode = 0;
5492                         if (va + size == virtual_avail)
5493                                 virtual_avail = va;
5494                         return;
5495                 }
5496         }
5497         if (pmap_initialized)
5498                 kva_free(va, size);
5499 }
5500
5501 /*
5502  * Sets the memory attribute for the specified page.
5503  */
5504 static void
5505 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5506 {
5507
5508         m->md.pat_mode = ma;
5509         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5510                 return;
5511
5512         /*
5513          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5514          * See pmap_invalidate_cache_range().
5515          *
5516          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5517          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5518          * flushes the cache.
5519          */    
5520         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5521                 return;
5522
5523         /*
5524          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5525          * support self snoop, map the page transient and do
5526          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5527          * pmap_invalidate_cache_range().
5528          */
5529         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5530                 pmap_flush_page(m);
5531 }
5532
5533 static void
5534 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5535 {
5536         pt_entry_t *cmap_pte2;
5537         struct pcpu *pc;
5538         vm_offset_t sva, eva;
5539         bool useclflushopt;
5540
5541         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5542         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5543                 sched_pin();
5544                 pc = get_pcpu();
5545                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5546                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5547                 if (*cmap_pte2)
5548                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5549                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5550                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5551                     0);
5552                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5553                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5554                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5555
5556                 /*
5557                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5558                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5559                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5560                  * any other instruction.
5561                  */
5562                 if (useclflushopt)
5563                         sfence();
5564                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5565                         mfence();
5566                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5567                         if (useclflushopt)
5568                                 clflushopt(sva);
5569                         else
5570                                 clflush(sva);
5571                 }
5572                 if (useclflushopt)
5573                         sfence();
5574                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5575                         mfence();
5576                 *cmap_pte2 = 0;
5577                 sched_unpin();
5578                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5579         } else
5580                 pmap_invalidate_cache();
5581 }
5582
5583 /*
5584  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5585  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5586  * completely contained within either the kernel map.
5587  *
5588  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5589  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5590  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5591  * there was insufficient memory available to complete the change.
5592  */
5593 static int
5594 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5595 {
5596         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5597         pd_entry_t *pde;
5598         pt_entry_t *pte;
5599         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5600         boolean_t changed;
5601
5602         base = trunc_page(va);
5603         offset = va & PAGE_MASK;
5604         size = round_page(offset + size);
5605
5606         /*
5607          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5608          */
5609         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5610                 return (EINVAL);
5611
5612         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5613         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5614         changed = FALSE;
5615
5616         /*
5617          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5618          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5619          */
5620         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5621         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5622                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5623                 if (*pde == 0) {
5624                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5625                         return (EINVAL);
5626                 }
5627                 if (*pde & PG_PS) {
5628                         /*
5629                          * If the current 2/4MB page already has
5630                          * the required memory type, then we need not
5631                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5632                          * the next 2/4MB page frame.
5633                          */
5634                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5635                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5636                                 continue;
5637                         }
5638
5639                         /*
5640                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5641                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5642                          * within the range, then we need not break
5643                          * down this page into 4KB pages.
5644                          */
5645                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5646                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5647                                 tmpva += NBPDR;
5648                                 continue;
5649                         }
5650                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5651                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5652                                 return (ENOMEM);
5653                         }
5654                 }
5655                 pte = vtopte(tmpva);
5656                 if (*pte == 0) {
5657                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5658                         return (EINVAL);
5659                 }
5660                 tmpva += PAGE_SIZE;
5661         }
5662         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5663
5664         /*
5665          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5666          * cache mode if required.
5667          */
5668         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5669                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5670                 if (*pde & PG_PS) {
5671                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5672                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5673                                 changed = TRUE;
5674                         }
5675                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5676                 } else {
5677                         pte = vtopte(tmpva);
5678                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5679                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5680                                 changed = TRUE;
5681                         }
5682                         tmpva += PAGE_SIZE;
5683                 }
5684         }
5685
5686         /*
5687          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5688          * shouldn't be, etc.
5689          */
5690         if (changed) {
5691                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5692                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5693         }
5694         return (0);
5695 }
5696
5697 /*
5698  * perform the pmap work for mincore
5699  */
5700 static int
5701 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5702 {
5703         pd_entry_t pde;
5704         pt_entry_t pte;
5705         vm_paddr_t pa;
5706         int val;
5707
5708         PMAP_LOCK(pmap);
5709 retry:
5710         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5711         if (pde != 0) {
5712                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5713                         pte = pde;
5714                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5715                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5716                             PG_FRAME;
5717                         val = MINCORE_SUPER;
5718                 } else {
5719                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5720                         pa = pte & PG_FRAME;
5721                         val = 0;
5722                 }
5723         } else {
5724                 pte = 0;
5725                 pa = 0;
5726                 val = 0;
5727         }
5728         if ((pte & PG_V) != 0) {
5729                 val |= MINCORE_INCORE;
5730                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5731                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5732                 if ((pte & PG_A) != 0)
5733                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5734         }
5735         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5736             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5737             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5738                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5739                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5740                         goto retry;
5741         } else
5742                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5743         PMAP_UNLOCK(pmap);
5744         return (val);
5745 }
5746
5747 static void
5748 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5749 {
5750         pmap_t  pmap, oldpmap;
5751         u_int   cpuid;
5752         u_int32_t  cr3;
5753
5754         critical_enter();
5755         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5756         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5757         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5758 #if defined(SMP)
5759         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5760         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5761 #else
5762         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5763         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5764 #endif
5765 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5766         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5767 #else
5768         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5769 #endif
5770         /*
5771          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5772          */
5773         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5774         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5775         critical_exit();
5776 }
5777
5778 static void
5779 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5780 {
5781         u_int cpuid;
5782
5783         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5784 #if defined(SMP)
5785         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5786 #else
5787         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5788 #endif
5789         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5790 }
5791
5792 /*
5793  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5794  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5795  */
5796 static void
5797 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5798     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5799 {
5800         vm_offset_t superpage_offset;
5801
5802         if (size < NBPDR)
5803                 return;
5804         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5805                 offset += ptoa(object->pg_color);
5806         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5807         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5808             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5809                 return;
5810         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5811                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5812         else
5813                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5814 }
5815
5816 static vm_offset_t
5817 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5818 {
5819         vm_offset_t qaddr;
5820         pt_entry_t *pte;
5821
5822         critical_enter();
5823         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5824         pte = vtopte(qaddr);
5825
5826         KASSERT(*pte == 0,
5827             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5828         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5829             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5830         invlpg(qaddr);
5831
5832         return (qaddr);
5833 }
5834
5835 static void
5836 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5837 {
5838         vm_offset_t qaddr;
5839         pt_entry_t *pte;
5840
5841         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5842         pte = vtopte(qaddr);
5843
5844         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5845         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5846
5847         *pte = 0;
5848         critical_exit();
5849 }
5850
5851 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5852 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5853 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5854
5855 static int
5856 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5857     vmem_addr_t *addrp)
5858 {
5859         vm_page_t m;
5860         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5861         pt_entry_t *trm_pte;
5862
5863         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5864         size = round_page(size) + trm_guard;
5865         for (;;) {
5866                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5867                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5868                         return (ENOMEM);
5869                 addr = prev_addr + size;
5870                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5871                         break;
5872         }
5873         prev_addr += trm_guard;
5874         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5875         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5876                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5877                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5878                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5879                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5880                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5881         }
5882         *addrp = prev_addr;
5883         return (0);
5884 }
5885
5886 void
5887 pmap_init_trm(void)
5888 {
5889         vm_page_t pd_m;
5890
5891         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5892         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5893                 trm_guard = 0;
5894         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5895         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5896         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5897             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5898         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5899                 pmap_zero_page(pd_m);
5900         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5901             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5902 }
5903
5904 static void *
5905 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5906 {
5907         vmem_addr_t res;
5908         int error;
5909
5910         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5911         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5912             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5913         if (error != 0)
5914                 return (NULL);
5915         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5916                 bzero((void *)res, size);
5917         return ((void *)res);
5918 }
5919
5920 static void
5921 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5922 {
5923
5924         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5925 }
5926
5927 static void
5928 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5929 {
5930
5931         *vtopte(va) |= PG_RW;
5932 }
5933
5934 static void
5935 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5936 {
5937
5938         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5939         invltlb_glob();
5940 }
5941
5942 static vm_offset_t
5943 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5944 {
5945
5946         return (PMAP_MAP_LOW);
5947 }
5948
5949 static vm_offset_t
5950 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5951 {
5952
5953         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5954 }
5955
5956 static vm_paddr_t
5957 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
5958 {
5959
5960         return (pa & PG_FRAME);
5961 }
5962
5963 static void
5964 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
5965 {
5966         pt_entry_t opte, *ptep;
5967
5968         /*
5969          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
5970          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
5971          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
5972          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
5973          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
5974          */
5975         ptep = vtopte(sf->kva);
5976         opte = *ptep;
5977         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
5978             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
5979
5980         /*
5981          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
5982          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
5983          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
5984          * since the last used mapping need not invalidate again.
5985          */
5986 #ifdef SMP
5987         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
5988                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
5989 #else
5990         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
5991                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
5992 #endif
5993 }
5994
5995 static void
5996 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
5997 {
5998         pt_entry_t *pte;
5999         int i;
6000
6001         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
6002                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
6003                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
6004                     FALSE);
6005                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
6006         }
6007 }
6008
6009 static u_int
6010 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6011 {
6012
6013 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6014         return ((u_int)IdlePDPT);
6015 #else
6016         return ((u_int)IdlePTD);
6017 #endif
6018 }
6019
6020 static u_int
6021 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6022 {
6023
6024 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6025         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6026 #else
6027         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6028 #endif
6029 }
6030
6031 static caddr_t
6032 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6033 {
6034         pt_entry_t *pte;
6035
6036         pte = CMAP3;
6037         *pte = pa | pte_bits;
6038         invltlb();
6039         return (CADDR3);
6040 }
6041
6042 static void
6043 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6044 {
6045         pt_entry_t *pte;
6046         int i;
6047
6048         /*
6049          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6050          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6051          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6052          * page 0, at least as initialized here?
6053          */
6054         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6055         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6056                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6057 }
6058
6059 struct bios16_pmap_handle {
6060         pt_entry_t      *pte;
6061         pd_entry_t      *ptd;
6062         pt_entry_t      orig_ptd;
6063 };
6064
6065 static void *
6066 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6067 {
6068         struct bios16_pmap_handle *h;
6069
6070         /*
6071          * no page table, so create one and install it.
6072          */
6073         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6074         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6075         h->ptd = IdlePTD;
6076         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6077         h->orig_ptd = *h->ptd;
6078         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6079         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6080         return (h);
6081 }
6082
6083 static void
6084 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6085 {
6086         struct bios16_pmap_handle *h;
6087
6088         h = arg;
6089         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6090         /*
6091          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6092          */
6093         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6094         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6095 }
6096
6097 #define PMM(a)  \
6098         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6099
6100 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6101         PMM(ksetrw)
6102         PMM(remap_lower)
6103         PMM(remap_lowptdi)
6104         PMM(align_superpage)
6105         PMM(quick_enter_page)
6106         PMM(quick_remove_page)
6107         PMM(trm_alloc)
6108         PMM(trm_free)
6109         PMM(get_map_low)
6110         PMM(get_vm_maxuser_address)
6111         PMM(kextract)
6112         PMM(pg_frame)
6113         PMM(sf_buf_map)
6114         PMM(cp_slow0_map)
6115         PMM(get_kcr3)
6116         PMM(get_cr3)
6117         PMM(cmap3)
6118         PMM(basemem_setup)
6119         PMM(set_nx)
6120         PMM(bios16_enter)
6121         PMM(bios16_leave)
6122         PMM(bootstrap)
6123         PMM(is_valid_memattr)
6124         PMM(cache_bits)
6125         PMM(ps_enabled)
6126         PMM(pinit0)
6127         PMM(pinit)
6128         PMM(activate)
6129         PMM(activate_boot)
6130         PMM(advise)
6131         PMM(clear_modify)
6132         PMM(change_attr)
6133         PMM(mincore)
6134         PMM(copy)
6135         PMM(copy_page)
6136         PMM(copy_pages)
6137         PMM(zero_page)
6138         PMM(zero_page_area)
6139         PMM(enter)
6140         PMM(enter_object)
6141         PMM(enter_quick)
6142         PMM(kenter_temporary)
6143         PMM(object_init_pt)
6144         PMM(unwire)
6145         PMM(page_exists_quick)
6146         PMM(page_wired_mappings)
6147         PMM(page_is_mapped)
6148         PMM(remove_pages)
6149         PMM(is_modified)
6150         PMM(is_prefaultable)
6151         PMM(is_referenced)
6152         PMM(remove_write)
6153         PMM(ts_referenced)
6154         PMM(mapdev_attr)
6155         PMM(unmapdev)
6156         PMM(page_set_memattr)
6157         PMM(extract)
6158         PMM(extract_and_hold)
6159         PMM(map)
6160         PMM(qenter)
6161         PMM(qremove)
6162         PMM(release)
6163         PMM(remove)
6164         PMM(protect)
6165         PMM(remove_all)
6166         PMM(init)
6167         PMM(init_pat)
6168         PMM(growkernel)
6169         PMM(invalidate_page)
6170         PMM(invalidate_range)
6171         PMM(invalidate_all)
6172         PMM(invalidate_cache)
6173         PMM(flush_page)
6174         PMM(kenter)
6175         PMM(kremove)
6176 };