]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
MFV r353619: 9691 fat zap should prefetch when iterating
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sbuf.h>
125 #include <sys/sf_buf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/smp.h>
131 #include <sys/vmem.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #ifdef DEV_APIC
148 #include <sys/bus.h>
149 #include <machine/intr_machdep.h>
150 #include <x86/apicvar.h>
151 #endif
152 #include <x86/ifunc.h>
153 #include <machine/bootinfo.h>
154 #include <machine/cpu.h>
155 #include <machine/cputypes.h>
156 #include <machine/md_var.h>
157 #include <machine/pcb.h>
158 #include <machine/specialreg.h>
159 #ifdef SMP
160 #include <machine/smp.h>
161 #endif
162 #include <machine/pmap_base.h>
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
182
183 /*
184  * PTmap is recursive pagemap at top of virtual address space.
185  * Within PTmap, the page directory can be found (third indirection).
186  */
187 #define PTmap   ((pt_entry_t *)(PTDPTDI << PDRSHIFT))
188 #define PTD     ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE)))
189 #define PTDpde  ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE) + \
190     (PTDPTDI * PDESIZE)))
191
192 /*
193  * Translate a virtual address to the kernel virtual address of its page table
194  * entry (PTE).  This can be used recursively.  If the address of a PTE as
195  * previously returned by this macro is itself given as the argument, then the
196  * address of the page directory entry (PDE) that maps the PTE will be
197  * returned.
198  *
199  * This macro may be used before pmap_bootstrap() is called.
200  */
201 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
202
203 /*
204  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
205  */
206 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
207 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
208
209 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
210 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
211 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
212 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
213 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
214
215 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
216     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
217 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
218
219 _Static_assert(sizeof(struct pmap) <= sizeof(struct pmap_KBI),
220     "pmap_KBI");
221
222 static int pgeflag = 0;         /* PG_G or-in */
223 static int pseflag = 0;         /* PG_PS or-in */
224
225 static int nkpt = NKPT;
226
227 #ifdef PMAP_PAE_COMP
228 pt_entry_t pg_nx;
229 static uma_zone_t pdptzone;
230 #else
231 #define pg_nx   0
232 #endif
233
234 _Static_assert(VM_MAXUSER_ADDRESS == VADDR(TRPTDI, 0), "VM_MAXUSER_ADDRESS");
235 _Static_assert(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS <= VADDR(PTDPTDI, 0),
236     "VM_MAX_KERNEL_ADDRESS");
237 _Static_assert(PMAP_MAP_LOW == VADDR(LOWPTDI, 0), "PMAP_MAP_LOW");
238 _Static_assert(KERNLOAD == (KERNPTDI << PDRSHIFT), "KERNLOAD");
239
240 extern int pat_works;
241 extern int pg_ps_enabled;
242
243 extern int elf32_nxstack;
244
245 #define PAT_INDEX_SIZE  8
246 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
247
248 /*
249  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
250  */
251 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
252 static struct pmap_preinit_mapping {
253         vm_paddr_t      pa;
254         vm_offset_t     va;
255         vm_size_t       sz;
256         int             mode;
257 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
258 static int pmap_initialized;
259
260 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
261
262 /*
263  * Data for the pv entry allocation mechanism
264  */
265 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
266 extern int pv_entry_max, pv_entry_count;
267 static int pv_entry_high_water = 0;
268 static struct md_page *pv_table;
269 extern int shpgperproc;
270
271 static struct pv_chunk *pv_chunkbase;   /* KVA block for pv_chunks */
272 static int pv_maxchunks;                /* How many chunks we have KVA for */
273 static vm_offset_t pv_vafree;           /* freelist stored in the PTE */
274
275 /*
276  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
277  */
278 static pt_entry_t *CMAP3;
279 static pd_entry_t *KPTD;
280 static caddr_t CADDR3;
281
282 /*
283  * Crashdump maps.
284  */
285 static caddr_t crashdumpmap;
286
287 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2, *PMAP3;
288 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2, *PADDR3;
289 #ifdef SMP
290 static int PMAP1cpu, PMAP3cpu;
291 extern int PMAP1changedcpu;
292 #endif
293 extern int PMAP1changed;
294 extern int PMAP1unchanged;
295 static struct mtx PMAP2mutex;
296
297 /*
298  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
299  */
300 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
301 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
302
303 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
304 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
305 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
306 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
307 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
308                     u_int flags);
309 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
310 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
311 #endif
312 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
313 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
314                     vm_offset_t va);
315 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
316
317 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
318 static bool     pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
319                     vm_prot_t prot);
320 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
321                     u_int flags, vm_page_t m);
322 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
323     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
324 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
325 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
326                     pd_entry_t pde);
327 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
328 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
329 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
330 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
331 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
332 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
333 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
334 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
335 #endif
336 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
337     vm_prot_t prot);
338 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
339 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
340     struct spglist *free);
341 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
342     struct spglist *free);
343 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
344 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
345     struct spglist *free);
346 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
347                     struct spglist *free);
348 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
349                                         vm_offset_t va);
350 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
351 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
352     vm_page_t m);
353 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
354     pd_entry_t newpde);
355 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
356
357 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
358
359 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
360 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
361 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
362 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
363 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
364 #ifdef PMAP_PAE_COMP
365 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
366     uint8_t *flags, int wait);
367 #endif
368 static void pmap_init_trm(void);
369 static void pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap);
370
371 static __inline void pagezero(void *page);
372
373 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
374 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
375
376 extern char _end[];
377 extern u_long physfree; /* phys addr of next free page */
378 extern u_long vm86phystk;/* PA of vm86/bios stack */
379 extern u_long vm86paddr;/* address of vm86 region */
380 extern int vm86pa;      /* phys addr of vm86 region */
381 extern u_long KERNend;  /* phys addr end of kernel (just after bss) */
382 #ifdef PMAP_PAE_COMP
383 pd_entry_t *IdlePTD_pae;        /* phys addr of kernel PTD */
384 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
385 pt_entry_t *KPTmap_pae; /* address of kernel page tables */
386 #define IdlePTD IdlePTD_pae
387 #define KPTmap  KPTmap_pae
388 #else
389 pd_entry_t *IdlePTD_nopae;
390 pt_entry_t *KPTmap_nopae;
391 #define IdlePTD IdlePTD_nopae
392 #define KPTmap  KPTmap_nopae
393 #endif
394 extern u_long KPTphys;  /* phys addr of kernel page tables */
395 extern u_long tramp_idleptd;
396
397 static u_long
398 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
399 {
400         u_long res;
401
402         res = *physfree;
403         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
404         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
405         return (res);
406 }
407
408 static void
409 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
410 {
411         pt_entry_t *pt;
412
413         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
414             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
415                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
416 }
417
418 static void
419 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
420 {
421
422         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
423 }
424
425 _Static_assert(LOWPTDI * 2 * NBPDR == KERNBASE,
426     "Broken double-map of zero PTD");
427
428 static void
429 __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(bool enable)
430 {
431         int i;
432
433         for (i = 0; i < LOWPTDI; i++)
434                 IdlePTD[i] = enable ? IdlePTD[LOWPTDI + i] : 0;
435         load_cr3(rcr3());               /* invalidate TLB */
436 }
437
438 /*
439  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
440  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
441  * does not require relocations.
442  */
443 void
444 __CONCAT(PMTYPE, cold)(void)
445 {
446         pt_entry_t *pt;
447         u_long a;
448         u_int cr3, ncr4;
449
450         physfree = (u_long)&_end;
451         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
452                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
453         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
454                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
455         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
456         KERNend = physfree;
457
458         /* Allocate Kernel Page Tables */
459         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
460         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
461
462         /* Allocate Page Table Directory */
463 #ifdef PMAP_PAE_COMP
464         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
465         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
466 #endif
467         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
468
469         /*
470          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
471          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
472          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
473          * physical memory due to 1:1 mappings.
474          */
475         allocpages(1, &physfree);
476         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
477
478         /* vm86/bios stack */
479         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
480
481         /* pgtable + ext + IOPAGES */
482         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
483
484         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
485         for (a = 0; a < NKPT; a++)
486                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
487
488 #ifdef PMAP_PAE_COMP
489         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
490         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
491                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
492 #endif
493
494         /*
495          * Install recursive mapping for kernel page tables into
496          * itself.
497          */
498         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
499                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
500                     PG_RW;
501
502         /*
503          * Initialize page table pages mapping physical address zero
504          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
505          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
506          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
507          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
508          * kernel PDEs before we turn on paging.
509          *
510          * This and all other page table entries allow read and write
511          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
512          * access restrictions.
513          */
514         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
515         pmap_cold_map(0, NBPDR * LOWPTDI, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
516         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
517
518         /* Map page table directory */
519 #ifdef PMAP_PAE_COMP
520         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
521 #endif
522         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
523
524         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
525         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
526
527         /* Map proc0kstack */
528         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
529         /* ISA hole already mapped */
530
531         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
532         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
533
534         /* Map page 0 into the vm86 page table */
535         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
536
537         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
538         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
539             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
540                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
541                     PG_M | PG_V;
542
543         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
544         ncr4 = 0;
545         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
546                 ncr4 |= CR4_PSE;
547                 pseflag = PG_PS;
548                 /*
549                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
550                  * page table pages are wasted.
551                  */
552                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
553                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
554                             PG_RW | PG_V;
555         }
556         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
557                 ncr4 |= CR4_PGE;
558                 pgeflag = PG_G;
559         }
560         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
561 #ifdef PMAP_PAE_COMP
562         ncr4 |= CR4_PAE;
563 #endif
564         if (ncr4 != 0)
565                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
566
567         /* Now enable paging */
568 #ifdef PMAP_PAE_COMP
569         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
570         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
571                 wbinvd();
572 #else
573         cr3 = (u_int)IdlePTD;
574 #endif
575         tramp_idleptd = cr3;
576         load_cr3(cr3);
577         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
578
579         /*
580          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
581          * linked to run.
582          */
583
584         /*
585          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
586          * to get some null pointer checks.
587          */
588         __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(false);
589
590         kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
591 #ifdef PMAP_PAE_COMP
592         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_PAE;
593         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_PAE;
594         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_PAE;
595 #else
596         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_NOPAE;
597         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_NOPAE;
598         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_NOPAE;
599 #endif
600 }
601
602 static void
603 __CONCAT(PMTYPE, set_nx)(void)
604 {
605
606 #ifdef PMAP_PAE_COMP
607         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0)
608                 return;
609         pg_nx = PG_NX;
610         elf32_nxstack = 1;
611         /* EFER.EFER_NXE is set in initializecpu(). */
612 #endif
613 }
614
615 /*
616  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
617  *
618  *      On the i386 this is called after pmap_cold() created initial
619  *      kernel page table and enabled paging, and just syncs the pmap
620  *      module with what has already been done.
621  */
622 static void
623 __CONCAT(PMTYPE, bootstrap)(vm_paddr_t firstaddr)
624 {
625         vm_offset_t va;
626         pt_entry_t *pte, *unused;
627         struct pcpu *pc;
628         u_long res;
629         int i;
630
631         res = atop(firstaddr - (vm_paddr_t)KERNLOAD);
632
633         /*
634          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
635          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
636          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
637          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
638          * addresses to superpage mappings.
639          */
640         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
641
642         /*
643          * Initialize the first available kernel virtual address.
644          * However, using "firstaddr" may waste a few pages of the
645          * kernel virtual address space, because pmap_cold() may not
646          * have mapped every physical page that it allocated.
647          * Preferably, pmap_cold() would provide a first unused
648          * virtual address in addition to "firstaddr".
649          */
650         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
651         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
652
653         /*
654          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
655          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
656          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
657          */
658         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
659         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
660 #ifdef PMAP_PAE_COMP
661         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
662 #endif
663         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
664         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
665         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
666
667         /*
668          * Initialize the global pv list lock.
669          */
670         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
671
672         /*
673          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
674          * mapping of pages.
675          */
676 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
677         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
678
679         va = virtual_avail;
680         pte = vtopte(va);
681
682
683         /*
684          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
685          * during early boot.
686          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
687          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
688          */
689         pc = get_pcpu();
690         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
691         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
692         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
693         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
694
695         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
696
697         /*
698          * Crashdump maps.
699          */
700         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
701
702         /*
703          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
704          */
705         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
706
707         /*
708          * msgbufp is used to map the system message buffer.
709          */
710         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
711
712         /*
713          * KPTmap is used by pmap_kextract().
714          *
715          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
716          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
717          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
718          */
719         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
720
721         for (i = 0; i < NKPT; i++)
722                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
723
724         /*
725          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
726          * respectively.
727          */
728         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
729         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
730         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
731
732         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
733
734         virtual_avail = va;
735
736         /*
737          * Initialize the PAT MSR if present.
738          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
739          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
740          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
741          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
742          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
743          */
744         pmap_init_pat();
745 }
746
747 static void
748 pmap_init_reserved_pages(void)
749 {
750         struct pcpu *pc;
751         vm_offset_t pages;
752         int i;
753
754 #ifdef PMAP_PAE_COMP
755         if (!pae_mode)
756                 return;
757 #else
758         if (pae_mode)
759                 return;
760 #endif
761         CPU_FOREACH(i) {
762                 pc = pcpu_find(i);
763                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
764                     MTX_NEW);
765                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
766                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
767                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
768                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
769                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
770                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
771                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
772                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
773                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
774                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
775                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
776
777                 /*
778                  * Skip if the mappings have already been initialized,
779                  * i.e. this is the BSP.
780                  */
781                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
782                         continue;
783
784                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
785                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
786                 if (pages == 0)
787                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
788                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
789                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
790                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
791                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
792                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
793         }
794 }
795  
796 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
797
798 /*
799  * Setup the PAT MSR.
800  */
801 static void
802 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
803 {
804         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
805         uint64_t pat_msr;
806         u_long cr0, cr4;
807         int i;
808
809         /* Set default PAT index table. */
810         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
811                 pat_table[i] = -1;
812         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
813         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
814         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
815         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
816         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
817         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
818
819         /*
820          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
821          * We assume that PAT support implies PGE.
822          */
823         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
824                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
825                         pat_index[i] = pat_table[i];
826                 pat_works = 0;
827                 return;
828         }
829
830         /*
831          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
832          * PAT entries.
833          *
834          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
835          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
836          * or Mode C Paging)
837          *
838          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
839          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
840          */
841         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
842             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
843                 pat_works = 0;
844
845         /* Initialize default PAT entries. */
846         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
847             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
848             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
849             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
850             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
851             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
852             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
853             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
854
855         if (pat_works) {
856                 /*
857                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
858                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
859                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
860                  */
861                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
862                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
863                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
864                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
865                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
866                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
867         } else {
868                 /*
869                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
870                  */
871                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
872                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
873                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
874         }
875
876         /* Disable PGE. */
877         cr4 = rcr4();
878         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
879
880         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
881         cr0 = rcr0();
882         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
883
884         /* Flushes caches and TLBs. */
885         wbinvd();
886         invltlb();
887
888         /* Update PAT and index table. */
889         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
890         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
891                 pat_index[i] = pat_table[i];
892
893         /* Flush caches and TLBs again. */
894         wbinvd();
895         invltlb();
896
897         /* Restore caches and PGE. */
898         load_cr0(cr0);
899         load_cr4(cr4);
900 }
901
902 #ifdef PMAP_PAE_COMP
903 static void *
904 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
905     int wait)
906 {
907
908         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
909         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
910         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
911             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
912 }
913 #endif
914
915 /*
916  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
917  * Requirements:
918  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
919  *    are ever set, PG_V in particular.
920  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
921  *    on PAE systems.  This should be ok.
922  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
923  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
924  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
925  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
926  */
927 static vm_offset_t
928 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
929 {
930         pt_entry_t *pte;
931         vm_offset_t va;
932
933         va = *head;
934         if (va == 0)
935                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
936         pte = vtopte(va);
937         *head = *pte;
938         if (*head & PG_V)
939                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
940         *pte = 0;
941         return (va);
942 }
943
944 static void
945 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
946 {
947         pt_entry_t *pte;
948
949         if (va & PG_V)
950                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
951         pte = vtopte(va);
952         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
953         *head = va;
954 }
955
956 static void
957 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
958 {
959         int i;
960         vm_offset_t va;
961
962         *head = 0;
963         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
964                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
965                 pmap_ptelist_free(head, va);
966         }
967 }
968
969
970 /*
971  *      Initialize the pmap module.
972  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
973  *      system needs to map virtual memory.
974  */
975 static void
976 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
977 {
978         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
979         vm_page_t mpte;
980         vm_size_t s;
981         int i, pv_npg;
982
983         /*
984          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
985          * page table pages.
986          */ 
987         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
988         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
989                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
990                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
991                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
992                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
993                 mpte->pindex = i + KPTDI;
994                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
995                 mpte->ref_count = 1;
996
997                 /*
998                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
999                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
1000                  */
1001                 if (pseflag != 0 &&
1002                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
1003                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
1004                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1005         }
1006         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1007         vm_wire_add(NKPT);
1008
1009         /*
1010          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1011          * high water mark so that the system can recover from excessive
1012          * numbers of pv entries.
1013          */
1014         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1015         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1016         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1017         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1018         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1019
1020         /*
1021          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1022          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1023          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1024          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1025          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1026          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1027          * or newer AMD processors.
1028          */
1029         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1030             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1031             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1032             AMDID2_FMA4)) == 0)
1033                 workaround_erratum383 = 1;
1034
1035         /*
1036          * Are large page mappings supported and enabled?
1037          */
1038         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1039         if (pseflag == 0)
1040                 pg_ps_enabled = 0;
1041         else if (pg_ps_enabled) {
1042                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1043                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1044                 pagesizes[1] = NBPDR;
1045         }
1046
1047         /*
1048          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1049          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1050          */
1051         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1052             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1053
1054         /*
1055          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1056          */
1057         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1058         s = round_page(s);
1059         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1060         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1061                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1062
1063         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1064         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1065         if (pv_chunkbase == NULL)
1066                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1067         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1068 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1069         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1070             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1071             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1072         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1073 #endif
1074
1075         pmap_initialized = 1;
1076         pmap_init_trm();
1077
1078         if (!bootverbose)
1079                 return;
1080         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1081                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1082                 if (ppim->va == 0)
1083                         continue;
1084                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1085                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1086         }
1087
1088 }
1089
1090 extern u_long pmap_pde_demotions;
1091 extern u_long pmap_pde_mappings;
1092 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1093 extern u_long pmap_pde_promotions;
1094
1095 /***************************************************
1096  * Low level helper routines.....
1097  ***************************************************/
1098
1099 static boolean_t
1100 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1101 {
1102
1103         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1104             pat_index[(int)mode] >= 0);
1105 }
1106
1107 /*
1108  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1109  * caching mode.
1110  */
1111 static int
1112 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1113 {
1114         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1115
1116         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1117                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1118
1119         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1120         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1121
1122         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1123         pat_idx = pat_index[mode];
1124
1125         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1126         cache_bits = 0;
1127         if (pat_idx & 0x4)
1128                 cache_bits |= pat_flag;
1129         if (pat_idx & 0x2)
1130                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1131         if (pat_idx & 0x1)
1132                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1133         return (cache_bits);
1134 }
1135
1136 static int
1137 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
1138 {
1139         int pat_flag, pat_idx;
1140
1141         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1142                 return (0);
1143
1144         pat_idx = 0;
1145         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1146         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1147
1148         if ((pte & pat_flag) != 0)
1149                 pat_idx |= 0x4;
1150         if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
1151                 pat_idx |= 0x2;
1152         if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
1153                 pat_idx |= 0x1;
1154
1155         /* See pmap_init_pat(). */
1156         if (pat_works) {
1157                 if (pat_idx == 4)
1158                         pat_idx = 0;
1159                 if (pat_idx == 7)
1160                         pat_idx = 3;
1161         } else {
1162                 /* XXXKIB */
1163         }
1164
1165         return (pat_idx);
1166 }
1167
1168 static bool
1169 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1170 {
1171
1172         return (pg_ps_enabled);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1177  */
1178 static void
1179 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1180 {
1181         pd_entry_t *pde;
1182
1183         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1184         pde_store(pde, newpde);
1185 }
1186
1187 /*
1188  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1189  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1190  * calling processor's TLB is affected.
1191  *
1192  * The calling thread must be pinned to a processor.
1193  */
1194 static void
1195 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1196 {
1197
1198         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1199                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1200                 invlpg(va);
1201         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1202                 /*
1203                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1204                  * because there are too many to flush individually.
1205                  */
1206                 invltlb();
1207 }
1208
1209 #ifdef SMP
1210 /*
1211  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1212  *
1213  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1214  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1215  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1216  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1217  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1218  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1219  * one of the following functions but before a store updating the page
1220  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1221  * processor before its pm_active field is checked but due to
1222  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1223  * pmap as inactive on the other processor.
1224  * 
1225  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1226  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1227  * processor.
1228  */
1229 static void
1230 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1231 {
1232         cpuset_t *mask, other_cpus;
1233         u_int cpuid;
1234
1235         sched_pin();
1236         if (pmap == kernel_pmap) {
1237                 invlpg(va);
1238                 mask = &all_cpus;
1239         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1240                 mask = &all_cpus;
1241         } else {
1242                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1243                 other_cpus = all_cpus;
1244                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1245                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1246                 mask = &other_cpus;
1247         }
1248         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1249         sched_unpin();
1250 }
1251
1252 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1253 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1254
1255 static void
1256 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1257 {
1258         cpuset_t *mask, other_cpus;
1259         vm_offset_t addr;
1260         u_int cpuid;
1261
1262         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1263                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1264                 return;
1265         }
1266
1267         sched_pin();
1268         if (pmap == kernel_pmap) {
1269                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1270                         invlpg(addr);
1271                 mask = &all_cpus;
1272         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1273                 mask = &all_cpus;
1274         } else {
1275                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1276                 other_cpus = all_cpus;
1277                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1278                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1279                 mask = &other_cpus;
1280         }
1281         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1282         sched_unpin();
1283 }
1284
1285 static void
1286 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1287 {
1288         cpuset_t *mask, other_cpus;
1289         u_int cpuid;
1290
1291         sched_pin();
1292         if (pmap == kernel_pmap) {
1293                 invltlb();
1294                 mask = &all_cpus;
1295         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1296                 mask = &all_cpus;
1297         } else {
1298                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1299                 other_cpus = all_cpus;
1300                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1301                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1302                 mask = &other_cpus;
1303         }
1304         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1305         sched_unpin();
1306 }
1307
1308 static void
1309 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1310 {
1311
1312         sched_pin();
1313         wbinvd();
1314         smp_cache_flush();
1315         sched_unpin();
1316 }
1317
1318 struct pde_action {
1319         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1320         vm_offset_t va;
1321         pd_entry_t *pde;
1322         pd_entry_t newpde;
1323         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1324 };
1325
1326 static void
1327 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1328 {
1329         struct pde_action *act = arg;
1330         pd_entry_t *pde;
1331
1332         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1333                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1334                 pde_store(pde, act->newpde);
1335         }
1336 }
1337
1338 static void
1339 pmap_update_pde_user(void *arg)
1340 {
1341         struct pde_action *act = arg;
1342
1343         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1344                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1345 }
1346
1347 static void
1348 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1349 {
1350         struct pde_action *act = arg;
1351
1352         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1353                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1354 }
1355
1356 /*
1357  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1358  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1359  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1360  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1361  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1362  * hardware error.
1363  */
1364 static void
1365 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1366 {
1367         struct pde_action act;
1368         cpuset_t active, other_cpus;
1369         u_int cpuid;
1370
1371         sched_pin();
1372         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1373         other_cpus = all_cpus;
1374         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1375         if (pmap == kernel_pmap)
1376                 active = all_cpus;
1377         else
1378                 active = pmap->pm_active;
1379         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1380                 act.store = cpuid;
1381                 act.invalidate = active;
1382                 act.va = va;
1383                 act.pde = pde;
1384                 act.newpde = newpde;
1385                 CPU_SET(cpuid, &active);
1386                 smp_rendezvous_cpus(active,
1387                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1388                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1389                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1390         } else {
1391                 if (pmap == kernel_pmap)
1392                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1393                 else
1394                         pde_store(pde, newpde);
1395                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1396                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1397         }
1398         sched_unpin();
1399 }
1400 #else /* !SMP */
1401 /*
1402  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1403  * We inline these within pmap.c for speed.
1404  */
1405 static void
1406 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1407 {
1408
1409         if (pmap == kernel_pmap)
1410                 invlpg(va);
1411 }
1412
1413 static void
1414 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1415 {
1416         vm_offset_t addr;
1417
1418         if (pmap == kernel_pmap)
1419                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1420                         invlpg(addr);
1421 }
1422
1423 static void
1424 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1425 {
1426
1427         if (pmap == kernel_pmap)
1428                 invltlb();
1429 }
1430
1431 static void
1432 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1433 {
1434
1435         wbinvd();
1436 }
1437
1438 static void
1439 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1440 {
1441
1442         if (pmap == kernel_pmap)
1443                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1444         else
1445                 pde_store(pde, newpde);
1446         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1447                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1448 }
1449 #endif /* !SMP */
1450
1451 static void
1452 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1453 {
1454
1455         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1456 }
1457
1458 static void
1459 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1460     vm_offset_t eva)
1461 {
1462
1463         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1464 }
1465
1466 static void
1467 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1468 {
1469
1470         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1471 }
1472
1473 static void
1474 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1475 {
1476
1477         /*
1478          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1479          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1480          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1481          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1482          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1483          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1484          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1485          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1486          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1487          */
1488         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1489                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1490         else
1491                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1492 }
1493
1494 /*
1495  * Are we current address space or kernel?
1496  */
1497 static __inline int
1498 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1499 {
1500
1501         return (pmap == kernel_pmap);
1502 }
1503
1504 /*
1505  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1506  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1507  */
1508 static pt_entry_t *
1509 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1510 {
1511         pd_entry_t newpf;
1512         pd_entry_t *pde;
1513
1514         pde = pmap_pde(pmap, va);
1515         if (*pde & PG_PS)
1516                 return (pde);
1517         if (*pde != 0) {
1518                 /* are we current address space or kernel? */
1519                 if (pmap_is_current(pmap))
1520                         return (vtopte(va));
1521                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1522                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1523                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1524                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1525                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1526                             (vm_offset_t)PADDR2);
1527                 }
1528                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1529         }
1530         return (NULL);
1531 }
1532
1533 /*
1534  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1535  * being NULL.
1536  */
1537 static __inline void
1538 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1539 {
1540
1541         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1542                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1543 }
1544
1545 /*
1546  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1547  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1548  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1549  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1550  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1551  */
1552 static __inline void
1553 invlcaddr(void *caddr)
1554 {
1555
1556         invlpg((u_int)caddr);
1557 }
1558
1559 /*
1560  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1561  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1562  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1563  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1564  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1565  *
1566  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1567  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1568  */
1569 static pt_entry_t *
1570 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1571 {
1572         pd_entry_t newpf;
1573         pd_entry_t *pde;
1574
1575         pde = pmap_pde(pmap, va);
1576         if (*pde & PG_PS)
1577                 return (pde);
1578         if (*pde != 0) {
1579                 /* are we current address space or kernel? */
1580                 if (pmap_is_current(pmap))
1581                         return (vtopte(va));
1582                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1583                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1584                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1585                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1586                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1587 #ifdef SMP
1588                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1589 #endif
1590                         invlcaddr(PADDR1);
1591                         PMAP1changed++;
1592                 } else
1593 #ifdef SMP
1594                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1595                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1596                         invlcaddr(PADDR1);
1597                         PMAP1changedcpu++;
1598                 } else
1599 #endif
1600                         PMAP1unchanged++;
1601                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1602         }
1603         return (0);
1604 }
1605
1606 static pt_entry_t *
1607 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1608 {
1609         pd_entry_t newpf;
1610         pd_entry_t *pde;
1611
1612         pde = pmap_pde(pmap, va);
1613         if (*pde & PG_PS)
1614                 return (pde);
1615         if (*pde != 0) {
1616                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1617                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1618                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1619                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1620                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1621 #ifdef SMP
1622                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1623 #endif
1624                         invlcaddr(PADDR3);
1625                         PMAP1changed++;
1626                 } else
1627 #ifdef SMP
1628                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1629                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1630                         invlcaddr(PADDR3);
1631                         PMAP1changedcpu++;
1632                 } else
1633 #endif
1634                         PMAP1unchanged++;
1635                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1636         }
1637         return (0);
1638 }
1639
1640 static pt_entry_t
1641 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1642 {
1643         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1644
1645         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1646         pde &= PG_FRAME;
1647         critical_enter();
1648         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1649         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1650                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1651                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1652         }
1653         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1654             (NPTEPG - 1));
1655         pte = *ptep;
1656         critical_exit();
1657         return (pte);
1658 }
1659
1660 /*
1661  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1662  * the given virtual address "va".
1663  *
1664  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1665  */
1666 static vm_paddr_t
1667 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1668 {
1669         vm_paddr_t pa;
1670
1671         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1672                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1673         } else {
1674                 /*
1675                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1676                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1677                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1678                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1679                  * page is preserved by the promotion.
1680                  */
1681                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1682                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1683         }
1684         return (pa);
1685 }
1686
1687 /*
1688  *      Routine:        pmap_extract
1689  *      Function:
1690  *              Extract the physical page address associated
1691  *              with the given map/virtual_address pair.
1692  */
1693 static vm_paddr_t
1694 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1695 {
1696         vm_paddr_t rtval;
1697         pt_entry_t pte;
1698         pd_entry_t pde;
1699
1700         rtval = 0;
1701         PMAP_LOCK(pmap);
1702         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1703         if (pde != 0) {
1704                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1705                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1706                 else {
1707                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1708                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1709                 }
1710         }
1711         PMAP_UNLOCK(pmap);
1712         return (rtval);
1713 }
1714
1715 /*
1716  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1717  *      Function:
1718  *              Atomically extract and hold the physical page
1719  *              with the given pmap and virtual address pair
1720  *              if that mapping permits the given protection.
1721  */
1722 static vm_page_t
1723 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1724 {
1725         pd_entry_t pde;
1726         pt_entry_t pte;
1727         vm_page_t m;
1728
1729         m = NULL;
1730         PMAP_LOCK(pmap);
1731         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1732         if (pde != 0) {
1733                 if (pde & PG_PS) {
1734                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1735                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1736                                     (va & PDRMASK));
1737                 } else {
1738                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1739                         if (pte != 0 &&
1740                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
1741                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1742                 }
1743                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1744                         m = NULL;
1745         }
1746         PMAP_UNLOCK(pmap);
1747         return (m);
1748 }
1749
1750 /***************************************************
1751  * Low level mapping routines.....
1752  ***************************************************/
1753
1754 /*
1755  * Add a wired page to the kva.
1756  * Note: not SMP coherent.
1757  *
1758  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1759  */
1760 static void
1761 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1762 {
1763         pt_entry_t *pte;
1764
1765         pte = vtopte(va);
1766         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1767 }
1768
1769 static __inline void
1770 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1771 {
1772         pt_entry_t *pte;
1773
1774         pte = vtopte(va);
1775         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1776             mode, 0));
1777 }
1778
1779 /*
1780  * Remove a page from the kernel pagetables.
1781  * Note: not SMP coherent.
1782  *
1783  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1784  */
1785 static void
1786 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1787 {
1788         pt_entry_t *pte;
1789
1790         pte = vtopte(va);
1791         pte_clear(pte);
1792 }
1793
1794 /*
1795  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1796  *      virtual address space.
1797  *
1798  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1799  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1800  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1801  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1802  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1803  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1804  *      region.
1805  */
1806 static vm_offset_t
1807 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1808     int prot)
1809 {
1810         vm_offset_t va, sva;
1811         vm_paddr_t superpage_offset;
1812         pd_entry_t newpde;
1813
1814         va = *virt;
1815         /*
1816          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1817          * least one superpage mapping to be created?
1818          */ 
1819         superpage_offset = start & PDRMASK;
1820         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1821                 /*
1822                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1823                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1824                  */
1825                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1826                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1827                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1828                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1829         }
1830         sva = va;
1831         while (start < end) {
1832                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1833                     pseflag != 0) {
1834                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1835                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1836                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1837                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1838                         va += NBPDR;
1839                         start += NBPDR;
1840                 } else {
1841                         pmap_kenter(va, start);
1842                         va += PAGE_SIZE;
1843                         start += PAGE_SIZE;
1844                 }
1845         }
1846         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1847         *virt = va;
1848         return (sva);
1849 }
1850
1851
1852 /*
1853  * Add a list of wired pages to the kva
1854  * this routine is only used for temporary
1855  * kernel mappings that do not need to have
1856  * page modification or references recorded.
1857  * Note that old mappings are simply written
1858  * over.  The page *must* be wired.
1859  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1860  */
1861 static void
1862 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1863 {
1864         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1865         vm_page_t m;
1866
1867         oldpte = 0;
1868         pte = vtopte(sva);
1869         endpte = pte + count;
1870         while (pte < endpte) {
1871                 m = *ma++;
1872                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1873                     m->md.pat_mode, 0);
1874                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1875                         oldpte |= *pte;
1876                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1877                 }
1878                 pte++;
1879         }
1880         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1881                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1882                     PAGE_SIZE);
1883 }
1884
1885 /*
1886  * This routine tears out page mappings from the
1887  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1888  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1889  */
1890 static void
1891 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1892 {
1893         vm_offset_t va;
1894
1895         va = sva;
1896         while (count-- > 0) {
1897                 pmap_kremove(va);
1898                 va += PAGE_SIZE;
1899         }
1900         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1901 }
1902
1903 /***************************************************
1904  * Page table page management routines.....
1905  ***************************************************/
1906 /*
1907  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1908  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1909  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1910  */
1911 static __inline void
1912 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1913     boolean_t set_PG_ZERO)
1914 {
1915
1916         if (set_PG_ZERO)
1917                 m->flags |= PG_ZERO;
1918         else
1919                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1920         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1925  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1926  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1927  * ordered by this virtual address range.
1928  *
1929  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1930  */
1931 static __inline int
1932 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1933 {
1934
1935         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1936         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1937         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1942  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1943  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1944  * specified virtual address.
1945  */
1946 static __inline vm_page_t
1947 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1948 {
1949
1950         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1951         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1952 }
1953
1954 /*
1955  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1956  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1957  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1958  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1959  */
1960 static inline boolean_t
1961 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1962 {
1963
1964         --m->ref_count;
1965         if (m->ref_count == 0) {
1966                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1967                 return (TRUE);
1968         } else
1969                 return (FALSE);
1970 }
1971
1972 static void
1973 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1974 {
1975
1976         /*
1977          * unmap the page table page
1978          */
1979         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1980         --pmap->pm_stats.resident_count;
1981
1982         /*
1983          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1984          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1985          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1986          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1987          * shootdown is done.
1988          */
1989         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1990         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1991 }
1992
1993 /*
1994  * After removing a page table entry, this routine is used to
1995  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1996  */
1997 static int
1998 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1999 {
2000         pd_entry_t ptepde;
2001         vm_page_t mpte;
2002
2003         if (pmap == kernel_pmap)
2004                 return (0);
2005         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
2006         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2007         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
2008 }
2009
2010 /*
2011  * Initialize the pmap for the swapper process.
2012  */
2013 static void
2014 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
2015 {
2016
2017         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2018         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
2019 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2020         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
2021 #endif
2022         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2023         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2024         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2025         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2026         pmap_activate_boot(pmap);
2027 }
2028
2029 /*
2030  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2031  * such as one in a vmspace structure.
2032  */
2033 static int
2034 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2035 {
2036         vm_page_t m;
2037         int i;
2038
2039         /*
2040          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2041          * page directory table.
2042          */
2043         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2044                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2045                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2046                         return (0);
2047 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2048                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2049                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2050                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2051                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2052                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2053                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2054 #endif
2055                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
2056         }
2057         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2058             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2059
2060         /*
2061          * allocate the page directory page(s)
2062          */
2063         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2064                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2065                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2066                 pmap->pm_ptdpg[i] = m;
2067 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2068                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
2069 #endif
2070         }
2071
2072         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2073 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2074         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2075                 pmap_invalidate_cache_range(
2076                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2077                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2078                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2079         }
2080 #endif
2081
2082         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2083                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
2084                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
2085
2086         /* Install the trampoline mapping. */
2087         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2088
2089         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2090         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2091         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2092
2093         return (1);
2094 }
2095
2096 /*
2097  * this routine is called if the page table page is not
2098  * mapped correctly.
2099  */
2100 static vm_page_t
2101 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2102 {
2103         vm_paddr_t ptepa;
2104         vm_page_t m;
2105
2106         /*
2107          * Allocate a page table page.
2108          */
2109         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2110             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2111                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2112                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2113                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2114                         vm_wait(NULL);
2115                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2116                         PMAP_LOCK(pmap);
2117                 }
2118
2119                 /*
2120                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2121                  * page may have been allocated.
2122                  */
2123                 return (NULL);
2124         }
2125         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2126                 pmap_zero_page(m);
2127
2128         /*
2129          * Map the pagetable page into the process address space, if
2130          * it isn't already there.
2131          */
2132
2133         pmap->pm_stats.resident_count++;
2134
2135         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2136         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2137                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2138
2139         return (m);
2140 }
2141
2142 static vm_page_t
2143 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2144 {
2145         u_int ptepindex;
2146         pd_entry_t ptepa;
2147         vm_page_t m;
2148
2149         /*
2150          * Calculate pagetable page index
2151          */
2152         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2153 retry:
2154         /*
2155          * Get the page directory entry
2156          */
2157         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2158
2159         /*
2160          * This supports switching from a 4MB page to a
2161          * normal 4K page.
2162          */
2163         if (ptepa & PG_PS) {
2164                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2165                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2166         }
2167
2168         /*
2169          * If the page table page is mapped, we just increment the
2170          * hold count, and activate it.
2171          */
2172         if (ptepa) {
2173                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2174                 m->ref_count++;
2175         } else {
2176                 /*
2177                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2178                  * been deallocated. 
2179                  */
2180                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2181                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2182                         goto retry;
2183         }
2184         return (m);
2185 }
2186
2187
2188 /***************************************************
2189 * Pmap allocation/deallocation routines.
2190  ***************************************************/
2191
2192 /*
2193  * Release any resources held by the given physical map.
2194  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2195  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2196  */
2197 static void
2198 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2199 {
2200         vm_page_t m;
2201         int i;
2202
2203         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2204             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2205             pmap->pm_stats.resident_count));
2206         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2207             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2208         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2209             ("releasing active pmap %p", pmap));
2210
2211         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2212
2213         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2214                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2215 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2216                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2217                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2218 #endif
2219                 vm_page_unwire_noq(m);
2220                 vm_page_free(m);
2221         }
2222 }
2223
2224 /*
2225  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2226  */
2227 static void
2228 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2229 {
2230         vm_paddr_t ptppaddr;
2231         vm_page_t nkpg;
2232         pd_entry_t newpdir;
2233
2234         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2235         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2236         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2237                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2238         while (kernel_vm_end < addr) {
2239                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2240                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2241                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2242                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2243                                 break;
2244                         }
2245                         continue;
2246                 }
2247
2248                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2249                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2250                     VM_ALLOC_ZERO);
2251                 if (nkpg == NULL)
2252                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2253
2254                 nkpt++;
2255
2256                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2257                         pmap_zero_page(nkpg);
2258                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2259                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2260                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2261
2262                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2263                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2264                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2265                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2266                         break;
2267                 }
2268         }
2269 }
2270
2271
2272 /***************************************************
2273  * page management routines.
2274  ***************************************************/
2275
2276 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2277 CTASSERT(_NPCM == 11);
2278 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2279
2280 static __inline struct pv_chunk *
2281 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2282 {
2283
2284         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2285 }
2286
2287 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2288
2289 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2290 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2291
2292 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2293         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2294         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2295         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2296         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2297 };
2298
2299 #ifdef PV_STATS
2300 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2301 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2302 extern int pv_entry_spare;
2303 #endif
2304
2305 /*
2306  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2307  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2308  * another pv entry chunk.
2309  */
2310 static vm_page_t
2311 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2312 {
2313         struct pch newtail;
2314         struct pv_chunk *pc;
2315         struct md_page *pvh;
2316         pd_entry_t *pde;
2317         pmap_t pmap;
2318         pt_entry_t *pte, tpte;
2319         pv_entry_t pv;
2320         vm_offset_t va;
2321         vm_page_t m, m_pc;
2322         struct spglist free;
2323         uint32_t inuse;
2324         int bit, field, freed;
2325
2326         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2327         pmap = NULL;
2328         m_pc = NULL;
2329         SLIST_INIT(&free);
2330         TAILQ_INIT(&newtail);
2331         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2332             SLIST_EMPTY(&free))) {
2333                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2334                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2335                         if (pmap != NULL) {
2336                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2337                                 if (pmap != locked_pmap)
2338                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2339                         }
2340                         pmap = pc->pc_pmap;
2341                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2342                         if (pmap > locked_pmap)
2343                                 PMAP_LOCK(pmap);
2344                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2345                                 pmap = NULL;
2346                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2347                                 continue;
2348                         }
2349                 }
2350
2351                 /*
2352                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2353                  */
2354                 freed = 0;
2355                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2356                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2357                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2358                                 bit = bsfl(inuse);
2359                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2360                                 va = pv->pv_va;
2361                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2362                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2363                                         continue;
2364                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2365                                 tpte = *pte;
2366                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2367                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2368                                 pmap_pte_release(pte);
2369                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2370                                         continue;
2371                                 KASSERT(tpte != 0,
2372                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2373                                     pmap, va));
2374                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2375                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2376                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2377                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2378                                         vm_page_dirty(m);
2379                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2380                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2381                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2382                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2383                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2384                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2385                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2386                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2387                                                     PGA_WRITEABLE);
2388                                         }
2389                                 }
2390                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2391                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2392                                 freed++;
2393                         }
2394                 }
2395                 if (freed == 0) {
2396                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2397                         continue;
2398                 }
2399                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2400                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2401                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2402                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2403                 pv_entry_count -= freed;
2404                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2405                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2406                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2407                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2408                                     pc_list);
2409                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2410
2411                                 /*
2412                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2413                                  * sufficient.
2414                                  */
2415                                 if (pmap == locked_pmap)
2416                                         goto out;
2417                                 break;
2418                         }
2419                 if (field == _NPCM) {
2420                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2421                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2422                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2423                         /* Entire chunk is free; return it. */
2424                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2425                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2426                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2427                         break;
2428                 }
2429         }
2430 out:
2431         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2432         if (pmap != NULL) {
2433                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2434                 if (pmap != locked_pmap)
2435                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2436         }
2437         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2438                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2439                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2440                 /* Recycle a freed page table page. */
2441                 m_pc->ref_count = 1;
2442         }
2443         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2444         return (m_pc);
2445 }
2446
2447 /*
2448  * free the pv_entry back to the free list
2449  */
2450 static void
2451 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2452 {
2453         struct pv_chunk *pc;
2454         int idx, field, bit;
2455
2456         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2457         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2458         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2459         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2460         pv_entry_count--;
2461         pc = pv_to_chunk(pv);
2462         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2463         field = idx / 32;
2464         bit = idx % 32;
2465         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2466         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2467                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2468                         /*
2469                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2470                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2471                          */
2472                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2473                             pc)) {
2474                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2475                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2476                                     pc_list);
2477                         }
2478                         return;
2479                 }
2480         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2481         free_pv_chunk(pc);
2482 }
2483
2484 static void
2485 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2486 {
2487         vm_page_t m;
2488
2489         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2490         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2491         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2492         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2493         /* entire chunk is free, return it */
2494         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2495         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2496         vm_page_unwire_noq(m);
2497         vm_page_free(m);
2498         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2499 }
2500
2501 /*
2502  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2503  * when needed.
2504  */
2505 static pv_entry_t
2506 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2507 {
2508         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2509         static struct timeval lastprint;
2510         int bit, field;
2511         pv_entry_t pv;
2512         struct pv_chunk *pc;
2513         vm_page_t m;
2514
2515         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2516         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2517         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2518         pv_entry_count++;
2519         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2520                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2521                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2522                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2523                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2524 retry:
2525         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2526         if (pc != NULL) {
2527                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2528                         if (pc->pc_map[field]) {
2529                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2530                                 break;
2531                         }
2532                 }
2533                 if (field < _NPCM) {
2534                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2535                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2536                         /* If this was the last item, move it to tail */
2537                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2538                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2539                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2540                                         return (pv);    /* not full, return */
2541                                 }
2542                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2543                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2544                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2545                         return (pv);
2546                 }
2547         }
2548         /*
2549          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2550          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2551          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2552          */
2553         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2554             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2555                 if (try) {
2556                         pv_entry_count--;
2557                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2558                         return (NULL);
2559                 }
2560                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2561                 if (m == NULL)
2562                         goto retry;
2563         }
2564         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2565         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2566         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2567         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2568         pc->pc_pmap = pmap;
2569         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2570         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2571                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2572         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2573         pv = &pc->pc_pventry[0];
2574         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2575         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2576         return (pv);
2577 }
2578
2579 static __inline pv_entry_t
2580 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2581 {
2582         pv_entry_t pv;
2583
2584         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2585         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2586                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2587                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2588                         break;
2589                 }
2590         }
2591         return (pv);
2592 }
2593
2594 static void
2595 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2596 {
2597         struct md_page *pvh;
2598         pv_entry_t pv;
2599         vm_offset_t va_last;
2600         vm_page_t m;
2601
2602         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2603         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2604             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2605
2606         /*
2607          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2608          * page's pv list.
2609          */
2610         pvh = pa_to_pvh(pa);
2611         va = trunc_4mpage(va);
2612         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2613         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2614         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2615         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2616         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2617         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2618         do {
2619                 m++;
2620                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2621                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2622                 va += PAGE_SIZE;
2623                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2624         } while (va < va_last);
2625 }
2626
2627 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2628 static void
2629 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2630 {
2631         struct md_page *pvh;
2632         pv_entry_t pv;
2633         vm_offset_t va_last;
2634         vm_page_t m;
2635
2636         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2637         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2638             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2639
2640         /*
2641          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2642          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2643          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2644          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2645          * removes one of the mappings that is being promoted.
2646          */
2647         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2648         va = trunc_4mpage(va);
2649         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2650         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2651         pvh = pa_to_pvh(pa);
2652         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2653         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2654         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2655         do {
2656                 m++;
2657                 va += PAGE_SIZE;
2658                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2659         } while (va < va_last);
2660 }
2661 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2662
2663 static void
2664 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2665 {
2666         pv_entry_t pv;
2667
2668         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2669         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2670         free_pv_entry(pmap, pv);
2671 }
2672
2673 static void
2674 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2675 {
2676         struct md_page *pvh;
2677
2678         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2679         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2680         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2681                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2682                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2683                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2684         }
2685 }
2686
2687 /*
2688  * Create a pv entry for page at pa for
2689  * (pmap, va).
2690  */
2691 static void
2692 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2693 {
2694         pv_entry_t pv;
2695
2696         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2697         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2698         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2699         pv->pv_va = va;
2700         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2701 }
2702
2703 /*
2704  * Conditionally create a pv entry.
2705  */
2706 static boolean_t
2707 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2708 {
2709         pv_entry_t pv;
2710
2711         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2712         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2713         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2714             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2715                 pv->pv_va = va;
2716                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2717                 return (TRUE);
2718         } else
2719                 return (FALSE);
2720 }
2721
2722 /*
2723  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2724  */
2725 static bool
2726 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2727 {
2728         struct md_page *pvh;
2729         pv_entry_t pv;
2730         bool noreclaim;
2731
2732         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2733         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2734         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2735             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2736                 return (false);
2737         pv->pv_va = va;
2738         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2739         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2740         return (true);
2741 }
2742
2743 /*
2744  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2745  */
2746 static void
2747 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2748 {
2749         pt_entry_t *pte;
2750
2751         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2752                 *pte = newpte;  
2753                 newpte += PAGE_SIZE;
2754         }
2755 }
2756
2757 /*
2758  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2759  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2760  */
2761 static boolean_t
2762 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2763 {
2764         pd_entry_t newpde, oldpde;
2765         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2766         vm_paddr_t mptepa;
2767         vm_page_t mpte;
2768         struct spglist free;
2769         vm_offset_t sva;
2770
2771         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2772         oldpde = *pde;
2773         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2774             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2775         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2776             NULL) {
2777                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2778                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2779                     " is missing"));
2780
2781                 /*
2782                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2783                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2784                  * allocation of the new page table page fails.
2785                  */
2786                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2787                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2788                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2789                         SLIST_INIT(&free);
2790                         sva = trunc_4mpage(va);
2791                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2792                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2793                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2794                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2795                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2796                             " in pmap %p", va, pmap);
2797                         return (FALSE);
2798                 }
2799                 if (pmap != kernel_pmap) {
2800                         mpte->ref_count = NPTEPG;
2801                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2802                 }
2803         }
2804         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2805
2806         /*
2807          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2808          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2809          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2810          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2811          */
2812         if (pmap == kernel_pmap)
2813                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2814         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2815                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2816                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2817 #ifdef SMP
2818                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2819 #endif
2820                         invlcaddr(PADDR1);
2821                         PMAP1changed++;
2822                 } else
2823 #ifdef SMP
2824                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2825                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2826                         invlcaddr(PADDR1);
2827                         PMAP1changedcpu++;
2828                 } else
2829 #endif
2830                         PMAP1unchanged++;
2831                 firstpte = PADDR1;
2832         } else {
2833                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2834                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2835                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2836                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2837                             (vm_offset_t)PADDR2);
2838                 }
2839                 firstpte = PADDR2;
2840         }
2841         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2842         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2843             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2844         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2845             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2846         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2847         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2848                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2849
2850         /*
2851          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2852          * initialize it.
2853          */
2854         if (mpte->valid == 0)
2855                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2856
2857         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2858             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2859             " addresses"));
2860
2861         /*
2862          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2863          * entries.
2864          */ 
2865         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2866                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2867         
2868         /*
2869          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2870          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2871          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2872          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2873          * the read above and the store below. 
2874          */
2875         if (workaround_erratum383)
2876                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2877         else if (pmap == kernel_pmap)
2878                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2879         else
2880                 pde_store(pde, newpde); 
2881         if (firstpte == PADDR2)
2882                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2883
2884         /*
2885          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2886          */
2887         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2888
2889         /*
2890          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2891          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2892          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2893          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2894          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2895          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2896          * the 2mpage to referencing the page table page.
2897          */
2898         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2899                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2900
2901         pmap_pde_demotions++;
2902         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2903             " in pmap %p", va, pmap);
2904         return (TRUE);
2905 }
2906
2907 /*
2908  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2909  */
2910 static void
2911 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2912 {
2913         pd_entry_t newpde;
2914         vm_paddr_t mptepa;
2915         vm_page_t mpte;
2916
2917         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2918         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2919         if (mpte == NULL)
2920                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2921
2922         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2923         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2924
2925         /*
2926          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2927          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2928          */
2929         if (mpte->valid != 0)
2930                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2931
2932         /*
2933          * Remove the mapping.
2934          */
2935         if (workaround_erratum383)
2936                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2937         else 
2938                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2939
2940         /*
2941          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2942          */
2943         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2944 }
2945
2946 /*
2947  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2948  */
2949 static void
2950 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2951     struct spglist *free)
2952 {
2953         struct md_page *pvh;
2954         pd_entry_t oldpde;
2955         vm_offset_t eva, va;
2956         vm_page_t m, mpte;
2957
2958         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2959         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2960             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2961         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2962         if (oldpde & PG_W)
2963                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2964
2965         /*
2966          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2967          * PG_G.
2968          */
2969         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2970                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2971
2972         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2973         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2974                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2975                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2976                 eva = sva + NBPDR;
2977                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2978                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2979                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2980                                 vm_page_dirty(m);
2981                         if (oldpde & PG_A)
2982                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2983                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2984                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2985                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2986                 }
2987         }
2988         if (pmap == kernel_pmap) {
2989                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
2990         } else {
2991                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2992                 if (mpte != NULL) {
2993                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2994                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
2995                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2996                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
2997                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
2998                         mpte->ref_count = 0;
2999                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3000                 }
3001         }
3002 }
3003
3004 /*
3005  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3006  */
3007 static int
3008 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
3009     struct spglist *free)
3010 {
3011         pt_entry_t oldpte;
3012         vm_page_t m;
3013
3014         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3015         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3016         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3017         KASSERT(oldpte != 0,
3018             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
3019         if (oldpte & PG_W)
3020                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3021         /*
3022          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3023          * PG_G.
3024          */
3025         if (oldpte & PG_G)
3026                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
3027         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
3028         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3029                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3030                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3031                         vm_page_dirty(m);
3032                 if (oldpte & PG_A)
3033                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3034                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3035         }
3036         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3037 }
3038
3039 /*
3040  * Remove a single page from a process address space
3041  */
3042 static void
3043 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3044 {
3045         pt_entry_t *pte;
3046
3047         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3048         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3049         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3050         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3051                 return;
3052         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3053         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3054 }
3055
3056 /*
3057  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3058  */
3059 static bool
3060 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3061     struct spglist *free)
3062 {
3063         pt_entry_t *pte;
3064         bool anyvalid;
3065
3066         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3067         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3068         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3069         anyvalid = false;
3070         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3071             sva += PAGE_SIZE) {
3072                 if (*pte == 0)
3073                         continue;
3074
3075                 /*
3076                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3077                  * pmap_remove_pte().
3078                  */
3079                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3080                         anyvalid = true;
3081
3082                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3083                         break;
3084         }
3085         return (anyvalid);
3086 }
3087
3088 /*
3089  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3090  *
3091  *      It is assumed that the start and end are properly
3092  *      rounded to the page size.
3093  */
3094 static void
3095 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3096 {
3097         vm_offset_t pdnxt;
3098         pd_entry_t ptpaddr;
3099         struct spglist free;
3100         int anyvalid;
3101
3102         /*
3103          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3104          */
3105         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3106                 return;
3107
3108         anyvalid = 0;
3109         SLIST_INIT(&free);
3110
3111         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3112         sched_pin();
3113         PMAP_LOCK(pmap);
3114
3115         /*
3116          * special handling of removing one page.  a very
3117          * common operation and easy to short circuit some
3118          * code.
3119          */
3120         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3121             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3122                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3123                 goto out;
3124         }
3125
3126         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3127                 u_int pdirindex;
3128
3129                 /*
3130                  * Calculate index for next page table.
3131                  */
3132                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3133                 if (pdnxt < sva)
3134                         pdnxt = eva;
3135                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3136                         break;
3137
3138                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3139                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3140
3141                 /*
3142                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3143                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3144                  */
3145                 if (ptpaddr == 0)
3146                         continue;
3147
3148                 /*
3149                  * Check for large page.
3150                  */
3151                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3152                         /*
3153                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3154                          * demote the mapping and fall through.
3155                          */
3156                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3157                                 /*
3158                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3159                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3160                                  */
3161                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3162                                         anyvalid = 1;
3163                                 pmap_remove_pde(pmap,
3164                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3165                                 continue;
3166                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3167                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3168                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3169                                 continue;
3170                         }
3171                 }
3172
3173                 /*
3174                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3175                  * by the current page table page, or to the end of the
3176                  * range being removed.
3177                  */
3178                 if (pdnxt > eva)
3179                         pdnxt = eva;
3180
3181                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3182                         anyvalid = 1;
3183         }
3184 out:
3185         sched_unpin();
3186         if (anyvalid)
3187                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3188         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3189         PMAP_UNLOCK(pmap);
3190         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3191 }
3192
3193 /*
3194  *      Routine:        pmap_remove_all
3195  *      Function:
3196  *              Removes this physical page from
3197  *              all physical maps in which it resides.
3198  *              Reflects back modify bits to the pager.
3199  *
3200  *      Notes:
3201  *              Original versions of this routine were very
3202  *              inefficient because they iteratively called
3203  *              pmap_remove (slow...)
3204  */
3205
3206 static void
3207 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3208 {
3209         struct md_page *pvh;
3210         pv_entry_t pv;
3211         pmap_t pmap;
3212         pt_entry_t *pte, tpte;
3213         pd_entry_t *pde;
3214         vm_offset_t va;
3215         struct spglist free;
3216
3217         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3218             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3219         SLIST_INIT(&free);
3220         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3221         sched_pin();
3222         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3223                 goto small_mappings;
3224         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3225         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3226                 va = pv->pv_va;
3227                 pmap = PV_PMAP(pv);
3228                 PMAP_LOCK(pmap);
3229                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3230                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3231                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3232         }
3233 small_mappings:
3234         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3235                 pmap = PV_PMAP(pv);
3236                 PMAP_LOCK(pmap);
3237                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3238                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3239                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3240                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3241                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3242                 tpte = pte_load_clear(pte);
3243                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3244                     pmap, pv->pv_va));
3245                 if (tpte & PG_W)
3246                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3247                 if (tpte & PG_A)
3248                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3249
3250                 /*
3251                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3252                  */
3253                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3254                         vm_page_dirty(m);
3255                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3256                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3257                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3258                 free_pv_entry(pmap, pv);
3259                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3260         }
3261         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3262         sched_unpin();
3263         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3264         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3265 }
3266
3267 /*
3268  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3269  */
3270 static boolean_t
3271 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3272 {
3273         pd_entry_t newpde, oldpde;
3274         vm_page_t m, mt;
3275         boolean_t anychanged;
3276
3277         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3278         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3279             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3280         anychanged = FALSE;
3281 retry:
3282         oldpde = newpde = *pde;
3283         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3284                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3285                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3286                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3287                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3288                                 vm_page_dirty(mt);
3289                 }
3290                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3291         }
3292 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3293         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3294                 newpde |= pg_nx;
3295 #endif
3296         if (newpde != oldpde) {
3297                 /*
3298                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3299                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3300                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3301                  */
3302                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3303                         goto retry;
3304                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3305                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3306                 else
3307                         anychanged = TRUE;
3308         }
3309         return (anychanged);
3310 }
3311
3312 /*
3313  *      Set the physical protection on the
3314  *      specified range of this map as requested.
3315  */
3316 static void
3317 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3318     vm_prot_t prot)
3319 {
3320         vm_offset_t pdnxt;
3321         pd_entry_t ptpaddr;
3322         pt_entry_t *pte;
3323         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3324
3325         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3326         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3327                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3328                 return;
3329         }
3330
3331 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3332         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3333             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3334                 return;
3335 #else
3336         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3337                 return;
3338 #endif
3339
3340         if (pmap_is_current(pmap))
3341                 pv_lists_locked = FALSE;
3342         else {
3343                 pv_lists_locked = TRUE;
3344 resume:
3345                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3346                 sched_pin();
3347         }
3348         anychanged = FALSE;
3349
3350         PMAP_LOCK(pmap);
3351         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3352                 pt_entry_t obits, pbits;
3353                 u_int pdirindex;
3354
3355                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3356                 if (pdnxt < sva)
3357                         pdnxt = eva;
3358
3359                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3360                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3361
3362                 /*
3363                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3364                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3365                  */
3366                 if (ptpaddr == 0)
3367                         continue;
3368
3369                 /*
3370                  * Check for large page.
3371                  */
3372                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3373                         /*
3374                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3375                          * demote the mapping and fall through.
3376                          */
3377                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3378                                 /*
3379                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3380                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3381                                  */
3382                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3383                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3384                                         anychanged = TRUE;
3385                                 continue;
3386                         } else {
3387                                 if (!pv_lists_locked) {
3388                                         pv_lists_locked = TRUE;
3389                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3390                                                 if (anychanged)
3391                                                         pmap_invalidate_all_int(
3392                                                             pmap);
3393                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3394                                                 goto resume;
3395                                         }
3396                                         sched_pin();
3397                                 }
3398                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3399                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3400                                         /*
3401                                          * The large page mapping was
3402                                          * destroyed.
3403                                          */
3404                                         continue;
3405                                 }
3406                         }
3407                 }
3408
3409                 if (pdnxt > eva)
3410                         pdnxt = eva;
3411
3412                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3413                     sva += PAGE_SIZE) {
3414                         vm_page_t m;
3415
3416 retry:
3417                         /*
3418                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3419                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3420                          * significant 32 bits.
3421                          */
3422                         obits = pbits = *pte;
3423                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3424                                 continue;
3425
3426                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3427                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3428                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3429                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3430                                         vm_page_dirty(m);
3431                                 }
3432                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3433                         }
3434 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3435                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3436                                 pbits |= pg_nx;
3437 #endif
3438
3439                         if (pbits != obits) {
3440 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3441                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3442                                         goto retry;
3443 #else
3444                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3445                                     pbits))
3446                                         goto retry;
3447 #endif
3448                                 if (obits & PG_G)
3449                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3450                                 else
3451                                         anychanged = TRUE;
3452                         }
3453                 }
3454         }
3455         if (anychanged)
3456                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3457         if (pv_lists_locked) {
3458                 sched_unpin();
3459                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3460         }
3461         PMAP_UNLOCK(pmap);
3462 }
3463
3464 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3465 /*
3466  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3467  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3468  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3469  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3470  * mappings must have identical characteristics.
3471  *
3472  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3473  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3474  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3475  * pmap.
3476  */
3477 static void
3478 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3479 {
3480         pd_entry_t newpde;
3481         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3482         vm_offset_t oldpteva;
3483         vm_page_t mpte;
3484
3485         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3486
3487         /*
3488          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3489          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3490          * within a 2- or 4MB page.
3491          */
3492         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3493 setpde:
3494         newpde = *firstpte;
3495         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3496                 pmap_pde_p_failures++;
3497                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3498                     " in pmap %p", va, pmap);
3499                 return;
3500         }
3501         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3502                 pmap_pde_p_failures++;
3503                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3504                     " in pmap %p", va, pmap);
3505                 return;
3506         }
3507         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3508                 /*
3509                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3510                  * a TLB invalidation.
3511                  */
3512                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3513                     ~PG_RW))  
3514                         goto setpde;
3515                 newpde &= ~PG_RW;
3516         }
3517
3518         /* 
3519          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3520          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3521          * characteristics to the first PTE.
3522          */
3523         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3524         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3525 setpte:
3526                 oldpte = *pte;
3527                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
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                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3534                         /*
3535                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3536                          * without a TLB invalidation.
3537                          */
3538                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3539                             oldpte & ~PG_RW))
3540                                 goto setpte;
3541                         oldpte &= ~PG_RW;
3542                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3543                             (va & ~PDRMASK);
3544                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3545                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3546                 }
3547                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3548                         pmap_pde_p_failures++;
3549                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3550                             " in pmap %p", va, pmap);
3551                         return;
3552                 }
3553                 pa -= PAGE_SIZE;
3554         }
3555
3556         /*
3557          * Save the page table page in its current state until the PDE
3558          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3559          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3560          */
3561         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3562         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3563             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3564             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3565         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3566             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3567         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3568                 pmap_pde_p_failures++;
3569                 CTR2(KTR_PMAP,
3570                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3571                     pmap);
3572                 return;
3573         }
3574
3575         /*
3576          * Promote the pv entries.
3577          */
3578         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3579                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3580
3581         /*
3582          * Propagate the PAT index to its proper position.
3583          */
3584         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3585                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3586
3587         /*
3588          * Map the superpage.
3589          */
3590         if (workaround_erratum383)
3591                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3592         else if (pmap == kernel_pmap)
3593                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3594         else
3595                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3596
3597         pmap_pde_promotions++;
3598         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3599             " in pmap %p", va, pmap);
3600 }
3601 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3602
3603 /*
3604  *      Insert the given physical page (p) at
3605  *      the specified virtual address (v) in the
3606  *      target physical map with the protection requested.
3607  *
3608  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3609  *      that the related pte can not be reclaimed.
3610  *
3611  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3612  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3613  *      insert this page into the given map NOW.
3614  */
3615 static int
3616 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3617     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3618 {
3619         pd_entry_t *pde;
3620         pt_entry_t *pte;
3621         pt_entry_t newpte, origpte;
3622         pv_entry_t pv;
3623         vm_paddr_t opa, pa;
3624         vm_page_t mpte, om;
3625         int rv;
3626
3627         va = trunc_page(va);
3628         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3629             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3630             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3631         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3632             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3633             va));
3634         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3635             va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3636             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3637         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3638                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3639         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3640             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3641         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3642         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3643         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3644                 newpte |= PG_M;
3645         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3646                 newpte |= PG_RW;
3647         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3648             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3649 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3650         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3651                 newpte |= pg_nx;
3652 #endif
3653         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3654                 newpte |= PG_W;
3655         if (pmap != kernel_pmap)
3656                 newpte |= PG_U;
3657         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3658         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3659                 newpte |= PG_MANAGED;
3660
3661         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3662         PMAP_LOCK(pmap);
3663         sched_pin();
3664         if (psind == 1) {
3665                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3666                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3667                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3668                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3669                 goto out;
3670         }
3671
3672         pde = pmap_pde(pmap, va);
3673         if (pmap != kernel_pmap) {
3674                 /*
3675                  * va is for UVA.
3676                  * In the case that a page table page is not resident,
3677                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3678                  * demotion.
3679                  */
3680                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3681                 if (mpte == NULL) {
3682                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3683                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3684                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3685                         goto out;
3686                 }
3687         } else {
3688                 /*
3689                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3690                  * to install a page table page.  PG_V is also
3691                  * asserted by pmap_demote_pde().
3692                  */
3693                 mpte = NULL;
3694                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3695                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3696                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3697                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3698                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3699         }
3700         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3701
3702         /*
3703          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3704          * happen.  We should have either allocated the page table
3705          * page or demoted the existing mapping above.
3706          */
3707         if (pte == NULL) {
3708                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3709                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3710         }
3711
3712         origpte = *pte;
3713         pv = NULL;
3714
3715         /*
3716          * Is the specified virtual address already mapped?
3717          */
3718         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3719                 /*
3720                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3721                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3722                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3723                  * the PT page will be also.
3724                  */
3725                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3726                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3727                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3728                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3729
3730                 /*
3731                  * Remove the extra PT page reference.
3732                  */
3733                 if (mpte != NULL) {
3734                         mpte->ref_count--;
3735                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3736                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3737                              " va: 0x%x", va));
3738                 }
3739
3740                 /*
3741                  * Has the physical page changed?
3742                  */
3743                 opa = origpte & PG_FRAME;
3744                 if (opa == pa) {
3745                         /*
3746                          * No, might be a protection or wiring change.
3747                          */
3748                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3749                             (newpte & PG_RW) != 0)
3750                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3751                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3752                                 goto unchanged;
3753                         goto validate;
3754                 }
3755
3756                 /*
3757                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3758                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3759                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3760                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3761                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3762                  * avoiding an allocation.
3763                  *
3764                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3765                  */
3766                 origpte = pte_load_clear(pte);
3767                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3768                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3769                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3770                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3771
3772                         /*
3773                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3774                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3775                          * pmap_ts_referenced().
3776                          */
3777                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3778                                 vm_page_dirty(om);
3779                         if ((origpte & PG_A) != 0)
3780                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3781                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3782                         KASSERT(pv != NULL,
3783                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3784                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3785                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3786                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3787                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3788                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3789                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3790                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3791                 }
3792                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3793                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3794                 origpte = 0;
3795         } else {
3796                 /*
3797                  * Increment the counters.
3798                  */
3799                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3800                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3801                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3802         }
3803
3804         /*
3805          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3806          */
3807         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3808                 if (pv == NULL) {
3809                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3810                         pv->pv_va = va;
3811                 }
3812                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3813                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3814                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3815         }
3816
3817         /*
3818          * Update the PTE.
3819          */
3820         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3821 validate:
3822                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3823                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3824                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3825                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3826                     (PG_M | PG_RW)) {
3827                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3828                                 vm_page_dirty(m);
3829
3830                         /*
3831                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3832                          * invalidation may nonetheless be required because
3833                          * the PTE no longer has PG_M set.
3834                          */
3835                 }
3836 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3837                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3838                         /*
3839                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3840                          */
3841                         goto unchanged;
3842                 }
3843 #endif
3844                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3845                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3846         } else
3847                 pte_store_zero(pte, newpte);
3848
3849 unchanged:
3850
3851 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3852         /*
3853          * If both the page table page and the reservation are fully
3854          * populated, then attempt promotion.
3855          */
3856         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
3857             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3858             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3859                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3860 #endif
3861
3862         rv = KERN_SUCCESS;
3863 out:
3864         sched_unpin();
3865         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3866         PMAP_UNLOCK(pmap);
3867         return (rv);
3868 }
3869
3870 /*
3871  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3872  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3873  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3874  * reclaiming another PV entry.
3875  */
3876 static bool
3877 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3878 {
3879         pd_entry_t newpde;
3880
3881         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3882         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3883             PG_PS | PG_V;
3884         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3885                 newpde |= PG_MANAGED;
3886 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3887         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3888                 newpde |= pg_nx;
3889 #endif
3890         if (pmap != kernel_pmap)
3891                 newpde |= PG_U;
3892         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3893             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3894             KERN_SUCCESS);
3895 }
3896
3897 /*
3898  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3899  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3900  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3901  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3902  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3903  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3904  *
3905  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3906  */
3907 static int
3908 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3909     vm_page_t m)
3910 {
3911         struct spglist free;
3912         pd_entry_t oldpde, *pde;
3913         vm_page_t mt;
3914
3915         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3916         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3917             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3918         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3919             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3920         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3921         pde = pmap_pde(pmap, va);
3922         oldpde = *pde;
3923         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3924                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
3925                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3926                             " in pmap %p", va, pmap);
3927                         return (KERN_FAILURE);
3928                 }
3929                 /* Break the existing mapping(s). */
3930                 SLIST_INIT(&free);
3931                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3932                         /*
3933                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3934                          * reserved PT page could be freed.
3935                          */
3936                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3937                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3938                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3939                 } else {
3940                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3941                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3942                 }
3943                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3944                 if (pmap == kernel_pmap) {
3945                         /*
3946                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
3947                          * leave the kernel page table page zero filled.
3948                          */
3949                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3950                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3951                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
3952                 } else
3953                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3954                             pde));
3955         }
3956         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
3957                 /*
3958                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3959                  */
3960                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
3961                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3962                             " in pmap %p", va, pmap);
3963                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3964                 }
3965                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
3966                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3967                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3968                 }
3969         }
3970
3971         /*
3972          * Increment counters.
3973          */
3974         if ((newpde & PG_W) != 0)
3975                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3976         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3977
3978         /*
3979          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
3980          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
3981          */
3982         pde_store(pde, newpde);
3983
3984         pmap_pde_mappings++;
3985         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3986             " in pmap %p", va, pmap);
3987         return (KERN_SUCCESS);
3988 }
3989
3990 /*
3991  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3992  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3993  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3994  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3995  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3996  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3997  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3998  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3999  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4000  * corresponding offset from m_start are mapped.
4001  */
4002 static void
4003 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4004     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4005 {
4006         vm_offset_t va;
4007         vm_page_t m, mpte;
4008         vm_pindex_t diff, psize;
4009
4010         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4011
4012         psize = atop(end - start);
4013         mpte = NULL;
4014         m = m_start;
4015         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4016         PMAP_LOCK(pmap);
4017         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4018                 va = start + ptoa(diff);
4019                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4020                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
4021                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
4022                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4023                 else
4024                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4025                             mpte);
4026                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4027         }
4028         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4029         PMAP_UNLOCK(pmap);
4030 }
4031
4032 /*
4033  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4034  * 1. Current pmap & pmap exists.
4035  * 2. Not wired.
4036  * 3. Read access.
4037  * 4. No page table pages.
4038  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4039  */
4040
4041 static void
4042 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4043     vm_prot_t prot)
4044 {
4045
4046         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4047         PMAP_LOCK(pmap);
4048         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4049         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4050         PMAP_UNLOCK(pmap);
4051 }
4052
4053 static vm_page_t
4054 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4055     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4056 {
4057         pt_entry_t newpte, *pte;
4058         struct spglist free;
4059
4060         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
4061             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4062             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4063         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4064         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4065
4066         /*
4067          * In the case that a page table page is not
4068          * resident, we are creating it here.
4069          */
4070         if (pmap != kernel_pmap) {
4071                 u_int ptepindex;
4072                 pd_entry_t ptepa;
4073
4074                 /*
4075                  * Calculate pagetable page index
4076                  */
4077                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4078                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4079                         mpte->ref_count++;
4080                 } else {
4081                         /*
4082                          * Get the page directory entry
4083                          */
4084                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4085
4086                         /*
4087                          * If the page table page is mapped, we just increment
4088                          * the hold count, and activate it.
4089                          */
4090                         if (ptepa) {
4091                                 if (ptepa & PG_PS)
4092                                         return (NULL);
4093                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4094                                 mpte->ref_count++;
4095                         } else {
4096                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4097                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4098                                 if (mpte == NULL)
4099                                         return (mpte);
4100                         }
4101                 }
4102         } else {
4103                 mpte = NULL;
4104         }
4105
4106         sched_pin();
4107         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4108         if (*pte) {
4109                 if (mpte != NULL) {
4110                         mpte->ref_count--;
4111                         mpte = NULL;
4112                 }
4113                 sched_unpin();
4114                 return (mpte);
4115         }
4116
4117         /*
4118          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4119          */
4120         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4121             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4122                 if (mpte != NULL) {
4123                         SLIST_INIT(&free);
4124                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
4125                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
4126                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4127                         }
4128                         
4129                         mpte = NULL;
4130                 }
4131                 sched_unpin();
4132                 return (mpte);
4133         }
4134
4135         /*
4136          * Increment counters
4137          */
4138         pmap->pm_stats.resident_count++;
4139
4140         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4141             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4142         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4143                 newpte |= PG_MANAGED;
4144 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4145         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4146                 newpte |= pg_nx;
4147 #endif
4148         if (pmap != kernel_pmap)
4149                 newpte |= PG_U;
4150         pte_store_zero(pte, newpte);
4151         sched_unpin();
4152         return (mpte);
4153 }
4154
4155 /*
4156  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4157  * to be used for panic dumps.
4158  */
4159 static void *
4160 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4161 {
4162         vm_offset_t va;
4163
4164         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4165         pmap_kenter(va, pa);
4166         invlpg(va);
4167         return ((void *)crashdumpmap);
4168 }
4169
4170 /*
4171  * This code maps large physical mmap regions into the
4172  * processor address space.  Note that some shortcuts
4173  * are taken, but the code works.
4174  */
4175 static void
4176 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4177     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4178 {
4179         pd_entry_t *pde;
4180         vm_paddr_t pa, ptepa;
4181         vm_page_t p;
4182         int pat_mode;
4183
4184         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4185         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4186             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4187         if (pg_ps_enabled &&
4188             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4189                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4190                         return;
4191                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4192                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4193                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4194                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4195
4196                 /*
4197                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4198                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4199                  */
4200                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4201                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4202                         return;
4203
4204                 /*
4205                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4206                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4207                  * memory attributes.
4208                  */
4209                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4210                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4211                     pa += PAGE_SIZE) {
4212                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4213                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4214                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4215                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4216                                 return;
4217                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4218                 }
4219
4220                 /*
4221                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4222                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4223                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4224                  */
4225                 PMAP_LOCK(pmap);
4226                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4227                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4228                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4229                         if (*pde == 0) {
4230                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4231                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4232                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4233                                     PAGE_SIZE;
4234                                 pmap_pde_mappings++;
4235                         }
4236                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4237                         addr += NBPDR;
4238                 }
4239                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4240         }
4241 }
4242
4243 /*
4244  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4245  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4246  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4247  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4248  *
4249  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4250  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4251  */
4252 static void
4253 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4254 {
4255         vm_offset_t pdnxt;
4256         pd_entry_t *pde;
4257         pt_entry_t *pte;
4258         boolean_t pv_lists_locked;
4259
4260         if (pmap_is_current(pmap))
4261                 pv_lists_locked = FALSE;
4262         else {
4263                 pv_lists_locked = TRUE;
4264 resume:
4265                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4266                 sched_pin();
4267         }
4268         PMAP_LOCK(pmap);
4269         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4270                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4271                 if (pdnxt < sva)
4272                         pdnxt = eva;
4273                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4274                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4275                         continue;
4276                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4277                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4278                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4279                                     (uintmax_t)*pde);
4280
4281                         /*
4282                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4283                          * demote the mapping and fall through.
4284                          */
4285                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4286                                 /*
4287                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4288                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4289                                  * significant 32 bits.
4290                                  */
4291                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4292                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4293                                     PAGE_SIZE;
4294                                 continue;
4295                         } else {
4296                                 if (!pv_lists_locked) {
4297                                         pv_lists_locked = TRUE;
4298                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4299                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4300                                                 /* Repeat sva. */
4301                                                 goto resume;
4302                                         }
4303                                         sched_pin();
4304                                 }
4305                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4306                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4307                         }
4308                 }
4309                 if (pdnxt > eva)
4310                         pdnxt = eva;
4311                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4312                     sva += PAGE_SIZE) {
4313                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4314                                 continue;
4315                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4316                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4317                                     (uintmax_t)*pte);
4318
4319                         /*
4320                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4321                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4322                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4323                          *
4324                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4325                          */
4326                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4327                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4328                 }
4329         }
4330         if (pv_lists_locked) {
4331                 sched_unpin();
4332                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4333         }
4334         PMAP_UNLOCK(pmap);
4335 }
4336
4337
4338 /*
4339  *      Copy the range specified by src_addr/len
4340  *      from the source map to the range dst_addr/len
4341  *      in the destination map.
4342  *
4343  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4344  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4345  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4346  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4347  *      world.
4348  */
4349
4350 static void
4351 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4352     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4353 {
4354         struct spglist free;
4355         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4356         pd_entry_t srcptepaddr;
4357         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4358         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4359         u_int ptepindex;
4360
4361         if (dst_addr != src_addr)
4362                 return;
4363
4364         end_addr = src_addr + len;
4365
4366         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4367         if (dst_pmap < src_pmap) {
4368                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4369                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4370         } else {
4371                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4372                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4373         }
4374         sched_pin();
4375         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4376                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4377                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4378
4379                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4380                 if (pdnxt < addr)
4381                         pdnxt = end_addr;
4382                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4383
4384                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4385                 if (srcptepaddr == 0)
4386                         continue;
4387
4388                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4389                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4390                                 continue;
4391                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4392                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4393                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4394                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4395                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4396                                     ~PG_W;
4397                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4398                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4399                                 pmap_pde_mappings++;
4400                         }
4401                         continue;
4402                 }
4403
4404                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4405                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4406                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4407
4408                 if (pdnxt > end_addr)
4409                         pdnxt = end_addr;
4410
4411                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4412                 while (addr < pdnxt) {
4413                         ptetemp = *src_pte;
4414                         /*
4415                          * we only virtual copy managed pages
4416                          */
4417                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4418                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4419                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4420                                 if (dstmpte == NULL)
4421                                         goto out;
4422                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4423                                 if (*dst_pte == 0 &&
4424                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4425                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4426                                         /*
4427                                          * Clear the wired, modified, and
4428                                          * accessed (referenced) bits
4429                                          * during the copy.
4430                                          */
4431                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4432                                             PG_A);
4433                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4434                                 } else {
4435                                         SLIST_INIT(&free);
4436                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, dstmpte,
4437                                             &free)) {
4438                                                 pmap_invalidate_page_int(
4439                                                     dst_pmap, addr);
4440                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
4441                                                     true);
4442                                         }
4443                                         goto out;
4444                                 }
4445                                 if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4446                                         break;
4447                         }
4448                         addr += PAGE_SIZE;
4449                         src_pte++;
4450                 }
4451         }
4452 out:
4453         sched_unpin();
4454         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4455         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4456         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4457 }
4458
4459 /*
4460  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4461  */
4462 static __inline void
4463 pagezero(void *page)
4464 {
4465 #if defined(I686_CPU)
4466         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4467                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4468                         sse2_pagezero(page);
4469                 else
4470                         i686_pagezero(page);
4471         } else
4472 #endif
4473                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4474 }
4475
4476 /*
4477  * Zero the specified hardware page.
4478  */
4479 static void
4480 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4481 {
4482         pt_entry_t *cmap_pte2;
4483         struct pcpu *pc;
4484
4485         sched_pin();
4486         pc = get_pcpu();
4487         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4488         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4489         if (*cmap_pte2)
4490                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4491         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4492             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4493         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4494         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4495         *cmap_pte2 = 0;
4496
4497         /*
4498          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4499          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4500          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4501          */
4502         sched_unpin();
4503         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4504 }
4505
4506 /*
4507  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4508  * cover an area beyond a single hardware page.
4509  */
4510 static void
4511 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4512 {
4513         pt_entry_t *cmap_pte2;
4514         struct pcpu *pc;
4515
4516         sched_pin();
4517         pc = get_pcpu();
4518         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4519         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4520         if (*cmap_pte2)
4521                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4522         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4523             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4524         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4525         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4526                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4527         else
4528                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4529         *cmap_pte2 = 0;
4530         sched_unpin();
4531         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4532 }
4533
4534 /*
4535  * Copy 1 specified hardware page to another.
4536  */
4537 static void
4538 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4539 {
4540         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4541         struct pcpu *pc;
4542
4543         sched_pin();
4544         pc = get_pcpu();
4545         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4546         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4547         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4548         if (*cmap_pte1)
4549                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4550         if (*cmap_pte2)
4551                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4552         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4553             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4554         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4555         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4556             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4557         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4558         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4559         *cmap_pte1 = 0;
4560         *cmap_pte2 = 0;
4561         sched_unpin();
4562         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4563 }
4564
4565 static void
4566 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4567     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4568 {
4569         vm_page_t a_pg, b_pg;
4570         char *a_cp, *b_cp;
4571         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4572         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4573         struct pcpu *pc;
4574         int cnt;
4575
4576         sched_pin();
4577         pc = get_pcpu();
4578         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4579         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4580         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4581         if (*cmap_pte1 != 0)
4582                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4583         if (*cmap_pte2 != 0)
4584                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4585         while (xfersize > 0) {
4586                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4587                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4588                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4589                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4590                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4591                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4592                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4593                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4594                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4595                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4596                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4597                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4598                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4599                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4600                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4601                 a_offset += cnt;
4602                 b_offset += cnt;
4603                 xfersize -= cnt;
4604         }
4605         *cmap_pte1 = 0;
4606         *cmap_pte2 = 0;
4607         sched_unpin();
4608         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4609 }
4610
4611 /*
4612  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4613  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4614  * be changed upwards or downwards in the future; it
4615  * is only necessary that true be returned for a small
4616  * subset of pmaps for proper page aging.
4617  */
4618 static boolean_t
4619 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4620 {
4621         struct md_page *pvh;
4622         pv_entry_t pv;
4623         int loops = 0;
4624         boolean_t rv;
4625
4626         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4627             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4628         rv = FALSE;
4629         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4630         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4631                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4632                         rv = TRUE;
4633                         break;
4634                 }
4635                 loops++;
4636                 if (loops >= 16)
4637                         break;
4638         }
4639         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4640                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4641                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4642                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4643                                 rv = TRUE;
4644                                 break;
4645                         }
4646                         loops++;
4647                         if (loops >= 16)
4648                                 break;
4649                 }
4650         }
4651         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4652         return (rv);
4653 }
4654
4655 /*
4656  *      pmap_page_wired_mappings:
4657  *
4658  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4659  *      that are wired.
4660  */
4661 static int
4662 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4663 {
4664         int count;
4665
4666         count = 0;
4667         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4668                 return (count);
4669         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4670         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4671         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4672             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4673                 count);
4674         }
4675         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4676         return (count);
4677 }
4678
4679 /*
4680  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4681  *
4682  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4683  */
4684 static int
4685 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4686 {
4687         pmap_t pmap;
4688         pt_entry_t *pte;
4689         pv_entry_t pv;
4690
4691         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4692         sched_pin();
4693         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4694                 pmap = PV_PMAP(pv);
4695                 PMAP_LOCK(pmap);
4696                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4697                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4698                         count++;
4699                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4700         }
4701         sched_unpin();
4702         return (count);
4703 }
4704
4705 /*
4706  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4707  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4708  */
4709 static boolean_t
4710 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4711 {
4712         boolean_t rv;
4713
4714         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4715                 return (FALSE);
4716         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4717         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4718             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4719             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4720         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4721         return (rv);
4722 }
4723
4724 /*
4725  * Remove all pages from specified address space
4726  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4727  * is special cased for current process only, but
4728  * can have the more generic (and slightly slower)
4729  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4730  * in the case of running down an entire address space.
4731  */
4732 static void
4733 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4734 {
4735         pt_entry_t *pte, tpte;
4736         vm_page_t m, mpte, mt;
4737         pv_entry_t pv;
4738         struct md_page *pvh;
4739         struct pv_chunk *pc, *npc;
4740         struct spglist free;
4741         int field, idx;
4742         int32_t bit;
4743         uint32_t inuse, bitmask;
4744         int allfree;
4745
4746         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4747                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4748                 return;
4749         }
4750         SLIST_INIT(&free);
4751         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4752         PMAP_LOCK(pmap);
4753         sched_pin();
4754         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4755                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4756                     pc->pc_pmap));
4757                 allfree = 1;
4758                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4759                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4760                         while (inuse != 0) {
4761                                 bit = bsfl(inuse);
4762                                 bitmask = 1UL << bit;
4763                                 idx = field * 32 + bit;
4764                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4765                                 inuse &= ~bitmask;
4766
4767                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4768                                 tpte = *pte;
4769                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4770                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4771                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4772                                 }
4773
4774                                 if (tpte == 0) {
4775                                         printf(
4776                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4777                                             pte, pv->pv_va);
4778                                         panic("bad pte");
4779                                 }
4780
4781 /*
4782  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4783  */
4784                                 if (tpte & PG_W) {
4785                                         allfree = 0;
4786                                         continue;
4787                                 }
4788
4789                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4790                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4791                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4792                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4793                                     (uintmax_t)tpte));
4794
4795                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4796                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4797                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4798                                     (uintmax_t)tpte));
4799
4800                                 pte_clear(pte);
4801
4802                                 /*
4803                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4804                                  */
4805                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4806                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4807                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4808                                                         vm_page_dirty(mt);
4809                                         } else
4810                                                 vm_page_dirty(m);
4811                                 }
4812
4813                                 /* Mark free */
4814                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4815                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4816                                 pv_entry_count--;
4817                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4818                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4819                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4820                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4821                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4822                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4823                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4824                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4825                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4826                                         }
4827                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4828                                         if (mpte != NULL) {
4829                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4830                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4831                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4832                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
4833                                                     ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
4834                                                 mpte->ref_count = 0;
4835                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4836                                         }
4837                                 } else {
4838                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4839                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4840                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4841                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4842                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4843                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4844                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4845                                         }
4846                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4847                                 }
4848                         }
4849                 }
4850                 if (allfree) {
4851                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4852                         free_pv_chunk(pc);
4853                 }
4854         }
4855         sched_unpin();
4856         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4857         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4858         PMAP_UNLOCK(pmap);
4859         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4860 }
4861
4862 /*
4863  *      pmap_is_modified:
4864  *
4865  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4866  *      in any physical maps.
4867  */
4868 static boolean_t
4869 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4870 {
4871         boolean_t rv;
4872
4873         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4874             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4875
4876         /*
4877          * If the page is not busied then this check is racy.
4878          */
4879         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4880                 return (FALSE);
4881         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4882         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4883             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4884             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4885         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4886         return (rv);
4887 }
4888
4889 /*
4890  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4891  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4892  * mappings are supported.
4893  */
4894 static boolean_t
4895 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4896 {
4897         pv_entry_t pv;
4898         pt_entry_t *pte;
4899         pmap_t pmap;
4900         boolean_t rv;
4901
4902         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4903         rv = FALSE;
4904         sched_pin();
4905         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4906                 pmap = PV_PMAP(pv);
4907                 PMAP_LOCK(pmap);
4908                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4909                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4910                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4911                 if (rv)
4912                         break;
4913         }
4914         sched_unpin();
4915         return (rv);
4916 }
4917
4918 /*
4919  *      pmap_is_prefaultable:
4920  *
4921  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4922  *      for prefault.
4923  */
4924 static boolean_t
4925 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4926 {
4927         pd_entry_t pde;
4928         boolean_t rv;
4929
4930         rv = FALSE;
4931         PMAP_LOCK(pmap);
4932         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4933         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4934                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4935         PMAP_UNLOCK(pmap);
4936         return (rv);
4937 }
4938
4939 /*
4940  *      pmap_is_referenced:
4941  *
4942  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4943  *      in any physical maps.
4944  */
4945 static boolean_t
4946 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4947 {
4948         boolean_t rv;
4949
4950         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4951             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4952         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4953         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4954             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4955             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4956         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4957         return (rv);
4958 }
4959
4960 /*
4961  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4962  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4963  */
4964 static boolean_t
4965 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4966 {
4967         pv_entry_t pv;
4968         pt_entry_t *pte;
4969         pmap_t pmap;
4970         boolean_t rv;
4971
4972         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4973         rv = FALSE;
4974         sched_pin();
4975         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4976                 pmap = PV_PMAP(pv);
4977                 PMAP_LOCK(pmap);
4978                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4979                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4980                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4981                 if (rv)
4982                         break;
4983         }
4984         sched_unpin();
4985         return (rv);
4986 }
4987
4988 /*
4989  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4990  */
4991 static void
4992 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
4993 {
4994         struct md_page *pvh;
4995         pv_entry_t next_pv, pv;
4996         pmap_t pmap;
4997         pd_entry_t *pde;
4998         pt_entry_t oldpte, *pte;
4999         vm_offset_t va;
5000
5001         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5002             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5003         vm_page_assert_busied(m);
5004
5005         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5006                 return;
5007         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5008         sched_pin();
5009         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5010                 goto small_mappings;
5011         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5012         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5013                 va = pv->pv_va;
5014                 pmap = PV_PMAP(pv);
5015                 PMAP_LOCK(pmap);
5016                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5017                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5018                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
5019                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5020         }
5021 small_mappings:
5022         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5023                 pmap = PV_PMAP(pv);
5024                 PMAP_LOCK(pmap);
5025                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5026                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5027                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5028                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5029 retry:
5030                 oldpte = *pte;
5031                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5032                         /*
5033                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5034                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5035                          * significant 32 bits.
5036                          */
5037                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5038                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5039                                 goto retry;
5040                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5041                                 vm_page_dirty(m);
5042                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5043                 }
5044                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5045         }
5046         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5047         sched_unpin();
5048         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5049 }
5050
5051 /*
5052  *      pmap_ts_referenced:
5053  *
5054  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5055  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5056  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5057  *      reference bits set.
5058  *
5059  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5060  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5061  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5062  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5063  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5064  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5065  *      to pmap_is_modified().
5066  */
5067 static int
5068 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5069 {
5070         struct md_page *pvh;
5071         pv_entry_t pv, pvf;
5072         pmap_t pmap;
5073         pd_entry_t *pde;
5074         pt_entry_t *pte;
5075         vm_paddr_t pa;
5076         int rtval = 0;
5077
5078         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5079             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5080         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5081         pvh = pa_to_pvh(pa);
5082         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5083         sched_pin();
5084         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5085             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5086                 goto small_mappings;
5087         pv = pvf;
5088         do {
5089                 pmap = PV_PMAP(pv);
5090                 PMAP_LOCK(pmap);
5091                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5092                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5093                         /*
5094                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5095                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5096                          * we only update the 4KB page under test.
5097                          */
5098                         vm_page_dirty(m);
5099                 }
5100                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5101                         /*
5102                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5103                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5104                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5105                          * on the physical page number, the virtual superpage
5106                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5107                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5108                          * reference bit will result in clearing that bit.
5109                          * This function is designed to avoid the selection of
5110                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5111                          *
5112                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5113                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5114                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5115                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5116                          * since the superpage is wired, the current state of
5117                          * its reference bit won't affect page replacement.
5118                          */
5119                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5120                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5121                             (*pde & PG_W) == 0) {
5122                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5123                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5124                         }
5125                         rtval++;
5126                 }
5127                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5128                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5129                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5130                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5131                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5132                 }
5133                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5134                         goto out;
5135         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5136 small_mappings:
5137         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5138                 goto out;
5139         pv = pvf;
5140         do {
5141                 pmap = PV_PMAP(pv);
5142                 PMAP_LOCK(pmap);
5143                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5144                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5145                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5146                     m));
5147                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5148                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5149                         vm_page_dirty(m);
5150                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5151                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5152                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5153                         rtval++;
5154                 }
5155                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5156                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5157                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5158                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5159                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5160                 }
5161         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5162             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5163 out:
5164         sched_unpin();
5165         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5166         return (rtval);
5167 }
5168
5169 /*
5170  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5171  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5172  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5173  */
5174 static void
5175 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5176     int advice)
5177 {
5178         pd_entry_t oldpde, *pde;
5179         pt_entry_t *pte;
5180         vm_offset_t va, pdnxt;
5181         vm_page_t m;
5182         bool anychanged, pv_lists_locked;
5183
5184         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5185                 return;
5186         if (pmap_is_current(pmap))
5187                 pv_lists_locked = false;
5188         else {
5189                 pv_lists_locked = true;
5190 resume:
5191                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5192                 sched_pin();
5193         }
5194         anychanged = false;
5195         PMAP_LOCK(pmap);
5196         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5197                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5198                 if (pdnxt < sva)
5199                         pdnxt = eva;
5200                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5201                 oldpde = *pde;
5202                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5203                         continue;
5204                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5205                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5206                                 continue;
5207                         if (!pv_lists_locked) {
5208                                 pv_lists_locked = true;
5209                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5210                                         if (anychanged)
5211                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5212                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5213                                         goto resume;
5214                                 }
5215                                 sched_pin();
5216                         }
5217                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5218                                 /*
5219                                  * The large page mapping was destroyed.
5220                                  */
5221                                 continue;
5222                         }
5223
5224                         /*
5225                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5226                          * mapping to a single page so that a subsequent
5227                          * access may repromote.  Choosing the last page
5228                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5229                          * generally results in more repromotions.  Since the
5230                          * underlying page table page is fully populated, this
5231                          * removal never frees a page table page.
5232                          */
5233                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5234                                 va = eva;
5235                                 if (va > pdnxt)
5236                                         va = pdnxt;
5237                                 va -= PAGE_SIZE;
5238                                 KASSERT(va >= sva,
5239                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5240                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5241                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5242                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5243                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5244                                 anychanged = true;
5245                         }
5246                 }
5247                 if (pdnxt > eva)
5248                         pdnxt = eva;
5249                 va = pdnxt;
5250                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5251                     sva += PAGE_SIZE) {
5252                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5253                                 goto maybe_invlrng;
5254                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5255                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5256                                         /*
5257                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5258                                          * can be avoided by making the page
5259                                          * dirty now.
5260                                          */
5261                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5262                                         vm_page_dirty(m);
5263                                 }
5264                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5265                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5266                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5267                         else
5268                                 goto maybe_invlrng;
5269                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5270                                 if (va == pdnxt)
5271                                         va = sva;
5272                         } else
5273                                 anychanged = true;
5274                         continue;
5275 maybe_invlrng:
5276                         if (va != pdnxt) {
5277                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5278                                 va = pdnxt;
5279                         }
5280                 }
5281                 if (va != pdnxt)
5282                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5283         }
5284         if (anychanged)
5285                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5286         if (pv_lists_locked) {
5287                 sched_unpin();
5288                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5289         }
5290         PMAP_UNLOCK(pmap);
5291 }
5292
5293 /*
5294  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5295  */
5296 static void
5297 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5298 {
5299         struct md_page *pvh;
5300         pv_entry_t next_pv, pv;
5301         pmap_t pmap;
5302         pd_entry_t oldpde, *pde;
5303         pt_entry_t *pte;
5304         vm_offset_t va;
5305
5306         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5307             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5308         vm_page_assert_busied(m);
5309
5310         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5311                 return;
5312         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5313         sched_pin();
5314         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5315                 goto small_mappings;
5316         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5317         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5318                 va = pv->pv_va;
5319                 pmap = PV_PMAP(pv);
5320                 PMAP_LOCK(pmap);
5321                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5322                 oldpde = *pde;
5323                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5324                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5325                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5326                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5327                         /*
5328                          * Write protect the mapping to a single page so that
5329                          * a subsequent write access may repromote.
5330                          */
5331                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5332                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5333                         /*
5334                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5335                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5336                          * significant 32 bits.
5337                          */
5338                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5339                         vm_page_dirty(m);
5340                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5341                 }
5342                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5343         }
5344 small_mappings:
5345         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5346                 pmap = PV_PMAP(pv);
5347                 PMAP_LOCK(pmap);
5348                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5349                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5350                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5351                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5352                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5353                         /*
5354                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5355                          * in size, PG_M is among the least significant
5356                          * 32 bits. 
5357                          */
5358                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5359                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5360                 }
5361                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5362         }
5363         sched_unpin();
5364         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5365 }
5366
5367 /*
5368  * Miscellaneous support routines follow
5369  */
5370
5371 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5372 static __inline void
5373 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5374 {
5375         u_int opte, npte;
5376
5377         /*
5378          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5379          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5380          */
5381         do {
5382                 opte = *(u_int *)pte;
5383                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5384                 npte |= cache_bits;
5385         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5386 }
5387
5388 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5389 static __inline void
5390 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5391 {
5392         u_int opde, npde;
5393
5394         /*
5395          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5396          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5397          */
5398         do {
5399                 opde = *(u_int *)pde;
5400                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5401                 npde |= cache_bits;
5402         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5403 }
5404
5405 /*
5406  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5407  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5408  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5409  * NOT real memory.
5410  */
5411 static void *
5412 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5413     int flags)
5414 {
5415         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5416         vm_offset_t va, offset;
5417         vm_page_t m;
5418         vm_size_t tmpsize;
5419         int i;
5420
5421         offset = pa & PAGE_MASK;
5422         size = round_page(offset + size);
5423         pa = pa & PG_FRAME;
5424
5425         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5426                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5427                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5428                         return ((void *)(va + offset));
5429         } else if (!pmap_initialized) {
5430                 va = 0;
5431                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5432                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5433                         if (ppim->va == 0) {
5434                                 ppim->pa = pa;
5435                                 ppim->sz = size;
5436                                 ppim->mode = mode;
5437                                 ppim->va = virtual_avail;
5438                                 virtual_avail += size;
5439                                 va = ppim->va;
5440                                 break;
5441                         }
5442                 }
5443                 if (va == 0)
5444                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5445         } else {
5446                 /*
5447                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5448                  */
5449                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5450                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5451                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5452                             (ppim->mode == mode ||
5453                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5454                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5455                 }
5456                 va = kva_alloc(size);
5457                 if (va == 0)
5458                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5459         }
5460         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5461                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5462                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5463                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5464                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5465                                     m->md.pat_mode);
5466                                 continue;
5467                         }
5468                 }
5469                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5470         }
5471         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5472         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5473         return ((void *)(va + offset));
5474 }
5475
5476 static void
5477 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5478 {
5479         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5480         vm_offset_t offset;
5481         int i;
5482
5483         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5484                 return;
5485         offset = va & PAGE_MASK;
5486         size = round_page(offset + size);
5487         va = trunc_page(va);
5488         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5489                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5490                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5491                         if (pmap_initialized)
5492                                 return;
5493                         ppim->pa = 0;
5494                         ppim->va = 0;
5495                         ppim->sz = 0;
5496                         ppim->mode = 0;
5497                         if (va + size == virtual_avail)
5498                                 virtual_avail = va;
5499                         return;
5500                 }
5501         }
5502         if (pmap_initialized)
5503                 kva_free(va, size);
5504 }
5505
5506 /*
5507  * Sets the memory attribute for the specified page.
5508  */
5509 static void
5510 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5511 {
5512
5513         m->md.pat_mode = ma;
5514         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5515                 return;
5516
5517         /*
5518          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5519          * See pmap_invalidate_cache_range().
5520          *
5521          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5522          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5523          * flushes the cache.
5524          */    
5525         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5526                 return;
5527
5528         /*
5529          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5530          * support self snoop, map the page transient and do
5531          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5532          * pmap_invalidate_cache_range().
5533          */
5534         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5535                 pmap_flush_page(m);
5536 }
5537
5538 static void
5539 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5540 {
5541         pt_entry_t *cmap_pte2;
5542         struct pcpu *pc;
5543         vm_offset_t sva, eva;
5544         bool useclflushopt;
5545
5546         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5547         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5548                 sched_pin();
5549                 pc = get_pcpu();
5550                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5551                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5552                 if (*cmap_pte2)
5553                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5554                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5555                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5556                     0);
5557                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5558                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5559                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5560
5561                 /*
5562                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5563                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5564                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5565                  * any other instruction.
5566                  */
5567                 if (useclflushopt)
5568                         sfence();
5569                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5570                         mfence();
5571                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5572                         if (useclflushopt)
5573                                 clflushopt(sva);
5574                         else
5575                                 clflush(sva);
5576                 }
5577                 if (useclflushopt)
5578                         sfence();
5579                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5580                         mfence();
5581                 *cmap_pte2 = 0;
5582                 sched_unpin();
5583                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5584         } else
5585                 pmap_invalidate_cache();
5586 }
5587
5588 /*
5589  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5590  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5591  * completely contained within either the kernel map.
5592  *
5593  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5594  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5595  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5596  * there was insufficient memory available to complete the change.
5597  */
5598 static int
5599 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5600 {
5601         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5602         pd_entry_t *pde;
5603         pt_entry_t *pte;
5604         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5605         boolean_t changed;
5606
5607         base = trunc_page(va);
5608         offset = va & PAGE_MASK;
5609         size = round_page(offset + size);
5610
5611         /*
5612          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5613          */
5614         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5615                 return (EINVAL);
5616
5617         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5618         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5619         changed = FALSE;
5620
5621         /*
5622          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5623          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5624          */
5625         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5626         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5627                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5628                 if (*pde == 0) {
5629                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5630                         return (EINVAL);
5631                 }
5632                 if (*pde & PG_PS) {
5633                         /*
5634                          * If the current 2/4MB page already has
5635                          * the required memory type, then we need not
5636                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5637                          * the next 2/4MB page frame.
5638                          */
5639                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5640                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5641                                 continue;
5642                         }
5643
5644                         /*
5645                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5646                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5647                          * within the range, then we need not break
5648                          * down this page into 4KB pages.
5649                          */
5650                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5651                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5652                                 tmpva += NBPDR;
5653                                 continue;
5654                         }
5655                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5656                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5657                                 return (ENOMEM);
5658                         }
5659                 }
5660                 pte = vtopte(tmpva);
5661                 if (*pte == 0) {
5662                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5663                         return (EINVAL);
5664                 }
5665                 tmpva += PAGE_SIZE;
5666         }
5667         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5668
5669         /*
5670          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5671          * cache mode if required.
5672          */
5673         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5674                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5675                 if (*pde & PG_PS) {
5676                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5677                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5678                                 changed = TRUE;
5679                         }
5680                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5681                 } else {
5682                         pte = vtopte(tmpva);
5683                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5684                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5685                                 changed = TRUE;
5686                         }
5687                         tmpva += PAGE_SIZE;
5688                 }
5689         }
5690
5691         /*
5692          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5693          * shouldn't be, etc.
5694          */
5695         if (changed) {
5696                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5697                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5698         }
5699         return (0);
5700 }
5701
5702 /*
5703  * perform the pmap work for mincore
5704  */
5705 static int
5706 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5707 {
5708         pd_entry_t pde;
5709         pt_entry_t pte;
5710         vm_paddr_t pa;
5711         int val;
5712
5713         PMAP_LOCK(pmap);
5714 retry:
5715         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5716         if (pde != 0) {
5717                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5718                         pte = pde;
5719                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5720                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5721                             PG_FRAME;
5722                         val = MINCORE_SUPER;
5723                 } else {
5724                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5725                         pa = pte & PG_FRAME;
5726                         val = 0;
5727                 }
5728         } else {
5729                 pte = 0;
5730                 pa = 0;
5731                 val = 0;
5732         }
5733         if ((pte & PG_V) != 0) {
5734                 val |= MINCORE_INCORE;
5735                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5736                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5737                 if ((pte & PG_A) != 0)
5738                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5739         }
5740         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5741             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5742             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5743                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5744                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5745                         goto retry;
5746         } else
5747                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5748         PMAP_UNLOCK(pmap);
5749         return (val);
5750 }
5751
5752 static void
5753 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5754 {
5755         pmap_t  pmap, oldpmap;
5756         u_int   cpuid;
5757         u_int32_t  cr3;
5758
5759         critical_enter();
5760         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5761         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5762         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5763 #if defined(SMP)
5764         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5765         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5766 #else
5767         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5768         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5769 #endif
5770 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5771         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5772 #else
5773         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5774 #endif
5775         /*
5776          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5777          */
5778         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5779         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5780         critical_exit();
5781 }
5782
5783 static void
5784 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5785 {
5786         u_int cpuid;
5787
5788         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5789 #if defined(SMP)
5790         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5791 #else
5792         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5793 #endif
5794         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5795 }
5796
5797 /*
5798  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5799  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5800  */
5801 static void
5802 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5803     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5804 {
5805         vm_offset_t superpage_offset;
5806
5807         if (size < NBPDR)
5808                 return;
5809         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5810                 offset += ptoa(object->pg_color);
5811         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5812         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5813             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5814                 return;
5815         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5816                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5817         else
5818                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5819 }
5820
5821 static vm_offset_t
5822 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5823 {
5824         vm_offset_t qaddr;
5825         pt_entry_t *pte;
5826
5827         critical_enter();
5828         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5829         pte = vtopte(qaddr);
5830
5831         KASSERT(*pte == 0,
5832             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5833         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5834             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5835         invlpg(qaddr);
5836
5837         return (qaddr);
5838 }
5839
5840 static void
5841 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5842 {
5843         vm_offset_t qaddr;
5844         pt_entry_t *pte;
5845
5846         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5847         pte = vtopte(qaddr);
5848
5849         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5850         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5851
5852         *pte = 0;
5853         critical_exit();
5854 }
5855
5856 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5857 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5858 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5859
5860 static int
5861 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5862     vmem_addr_t *addrp)
5863 {
5864         vm_page_t m;
5865         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5866         pt_entry_t *trm_pte;
5867
5868         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5869         size = round_page(size) + trm_guard;
5870         for (;;) {
5871                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5872                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5873                         return (ENOMEM);
5874                 addr = prev_addr + size;
5875                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5876                         break;
5877         }
5878         prev_addr += trm_guard;
5879         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5880         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5881                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5882                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5883                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5884                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5885                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5886         }
5887         *addrp = prev_addr;
5888         return (0);
5889 }
5890
5891 void
5892 pmap_init_trm(void)
5893 {
5894         vm_page_t pd_m;
5895
5896         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5897         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5898                 trm_guard = 0;
5899         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5900         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5901         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5902             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5903         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5904                 pmap_zero_page(pd_m);
5905         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5906             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5907 }
5908
5909 static void *
5910 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5911 {
5912         vmem_addr_t res;
5913         int error;
5914
5915         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5916         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5917             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5918         if (error != 0)
5919                 return (NULL);
5920         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5921                 bzero((void *)res, size);
5922         return ((void *)res);
5923 }
5924
5925 static void
5926 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5927 {
5928
5929         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5930 }
5931
5932 static void
5933 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5934 {
5935
5936         *vtopte(va) |= PG_RW;
5937 }
5938
5939 static void
5940 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5941 {
5942
5943         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5944         invltlb_glob();
5945 }
5946
5947 static vm_offset_t
5948 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5949 {
5950
5951         return (PMAP_MAP_LOW);
5952 }
5953
5954 static vm_offset_t
5955 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5956 {
5957
5958         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5959 }
5960
5961 static vm_paddr_t
5962 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
5963 {
5964
5965         return (pa & PG_FRAME);
5966 }
5967
5968 static void
5969 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
5970 {
5971         pt_entry_t opte, *ptep;
5972
5973         /*
5974          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
5975          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
5976          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
5977          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
5978          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
5979          */
5980         ptep = vtopte(sf->kva);
5981         opte = *ptep;
5982         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
5983             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
5984
5985         /*
5986          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
5987          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
5988          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
5989          * since the last used mapping need not invalidate again.
5990          */
5991 #ifdef SMP
5992         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
5993                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
5994 #else
5995         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
5996                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
5997 #endif
5998 }
5999
6000 static void
6001 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
6002 {
6003         pt_entry_t *pte;
6004         int i;
6005
6006         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
6007                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
6008                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
6009                     FALSE);
6010                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
6011         }
6012 }
6013
6014 static u_int
6015 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6016 {
6017
6018 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6019         return ((u_int)IdlePDPT);
6020 #else
6021         return ((u_int)IdlePTD);
6022 #endif
6023 }
6024
6025 static u_int
6026 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6027 {
6028
6029 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6030         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6031 #else
6032         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6033 #endif
6034 }
6035
6036 static caddr_t
6037 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6038 {
6039         pt_entry_t *pte;
6040
6041         pte = CMAP3;
6042         *pte = pa | pte_bits;
6043         invltlb();
6044         return (CADDR3);
6045 }
6046
6047 static void
6048 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6049 {
6050         pt_entry_t *pte;
6051         int i;
6052
6053         /*
6054          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6055          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6056          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6057          * page 0, at least as initialized here?
6058          */
6059         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6060         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6061                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6062 }
6063
6064 struct bios16_pmap_handle {
6065         pt_entry_t      *pte;
6066         pd_entry_t      *ptd;
6067         pt_entry_t      orig_ptd;
6068 };
6069
6070 static void *
6071 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6072 {
6073         struct bios16_pmap_handle *h;
6074
6075         /*
6076          * no page table, so create one and install it.
6077          */
6078         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6079         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6080         h->ptd = IdlePTD;
6081         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6082         h->orig_ptd = *h->ptd;
6083         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6084         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6085         return (h);
6086 }
6087
6088 static void
6089 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6090 {
6091         struct bios16_pmap_handle *h;
6092
6093         h = arg;
6094         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6095         /*
6096          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6097          */
6098         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6099         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6100 }
6101
6102 struct pmap_kernel_map_range {
6103         vm_offset_t sva;
6104         pt_entry_t attrs;
6105         int ptes;
6106         int pdes;
6107         int pdpes;
6108 };
6109
6110 static void
6111 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6112     vm_offset_t eva)
6113 {
6114         const char *mode;
6115         int i, pat_idx;
6116
6117         if (eva <= range->sva)
6118                 return;
6119
6120         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
6121         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
6122                 if (pat_index[i] == pat_idx)
6123                         break;
6124
6125         switch (i) {
6126         case PAT_WRITE_BACK:
6127                 mode = "WB";
6128                 break;
6129         case PAT_WRITE_THROUGH:
6130                 mode = "WT";
6131                 break;
6132         case PAT_UNCACHEABLE:
6133                 mode = "UC";
6134                 break;
6135         case PAT_UNCACHED:
6136                 mode = "U-";
6137                 break;
6138         case PAT_WRITE_PROTECTED:
6139                 mode = "WP";
6140                 break;
6141         case PAT_WRITE_COMBINING:
6142                 mode = "WC";
6143                 break;
6144         default:
6145                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%08x-0x%08x\n",
6146                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
6147                 mode = "??";
6148                 break;
6149         }
6150
6151         sbuf_printf(sb, "0x%08x-0x%08x r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
6152             range->sva, eva,
6153             (range->attrs & PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
6154             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
6155             (range->attrs & PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
6156             (range->attrs & PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
6157             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
6158
6159         /* Reset to sentinel value. */
6160         range->sva = 0xffffffff;
6161 }
6162
6163 /*
6164  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6165  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
6166  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
6167  */
6168 static bool
6169 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6170 {
6171         pt_entry_t diff, mask;
6172
6173         mask = pg_nx | PG_G | PG_RW | PG_U | PG_PDE_CACHE;
6174         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
6175         if (diff == 0)
6176                 return (true);
6177         if ((diff & ~PG_PDE_PAT) == 0 &&
6178             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
6179             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
6180                 return (true);
6181         return (false);
6182 }
6183
6184 static void
6185 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6186     pt_entry_t attrs)
6187 {
6188
6189         memset(range, 0, sizeof(*range));
6190         range->sva = va;
6191         range->attrs = attrs;
6192 }
6193
6194 /*
6195  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6196  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6197  * begin a new run.
6198  */
6199 static void
6200 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6201     vm_offset_t va, pd_entry_t pde, pt_entry_t pte)
6202 {
6203         pt_entry_t attrs;
6204
6205         attrs = pde & (PG_RW | PG_U | pg_nx);
6206
6207         if ((pde & PG_PS) != 0) {
6208                 attrs |= pde & (PG_G | PG_PDE_CACHE);
6209         } else if (pte != 0) {
6210                 attrs |= pte & pg_nx;
6211                 attrs &= pg_nx | (pte & (PG_RW | PG_U));
6212                 attrs |= pte & (PG_G | PG_PTE_CACHE);
6213
6214                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
6215                 if ((attrs & PG_PTE_PAT) != 0)
6216                         attrs ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
6217         }
6218
6219         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6220                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6221                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6222         }
6223 }
6224
6225 static int
6226 __CONCAT(PMTYPE, sysctl_kmaps)(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6227 {
6228         struct pmap_kernel_map_range range;
6229         struct sbuf sbuf, *sb;
6230         pd_entry_t pde;
6231         pt_entry_t *pt, pte;
6232         vm_offset_t sva;
6233         vm_paddr_t pa;
6234         int error;
6235         u_int i, k;
6236
6237         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6238         if (error != 0)
6239                 return (error);
6240         sb = &sbuf;
6241         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6242
6243         /* Sentinel value. */
6244         range.sva = 0xffffffff;
6245
6246         /*
6247          * Iterate over the kernel page tables without holding the
6248          * kernel pmap lock.  Kernel page table pages are never freed,
6249          * so at worst we will observe inconsistencies in the output.
6250          */
6251         for (sva = 0, i = 0; i < NPTEPG * NPGPTD * NPDEPG ;) {
6252                 if (i == 0)
6253                         sbuf_printf(sb, "\nLow PDE:\n");
6254                 else if (i == LOWPTDI * NPTEPG)
6255                         sbuf_printf(sb, "Low PDE dup:\n");
6256                 else if (i == PTDPTDI * NPTEPG)
6257                         sbuf_printf(sb, "Recursive map:\n");
6258                 else if (i == KERNPTDI * NPTEPG)
6259                         sbuf_printf(sb, "Kernel base:\n");
6260                 else if (i == TRPTDI * NPTEPG)
6261                         sbuf_printf(sb, "Trampoline:\n");
6262                 pde = IdlePTD[sva >> PDRSHIFT];
6263                 if ((pde & PG_V) == 0) {
6264                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
6265                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6266                         sva += NBPDR;
6267                         i += NPTEPG;
6268                         continue;
6269                 }
6270                 pa = pde & PG_FRAME;
6271                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
6272                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, 0);
6273                         range.pdes++;
6274                         sva += NBPDR;
6275                         i += NPTEPG;
6276                         continue;
6277                 }
6278                 for (pt = vtopte(sva), k = 0; k < NPTEPG; i++, k++, pt++,
6279                     sva += PAGE_SIZE) {
6280                         pte = *pt;
6281                         if ((pte & PG_V) == 0) {
6282                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6283                                 continue;
6284                         }
6285                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, pte);
6286                         range.ptes++;
6287                 }
6288         }
6289
6290         error = sbuf_finish(sb);
6291         sbuf_delete(sb);
6292         return (error);
6293 }
6294
6295 #define PMM(a)                                  \
6296         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6297
6298 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6299         PMM(ksetrw)
6300         PMM(remap_lower)
6301         PMM(remap_lowptdi)
6302         PMM(align_superpage)
6303         PMM(quick_enter_page)
6304         PMM(quick_remove_page)
6305         PMM(trm_alloc)
6306         PMM(trm_free)
6307         PMM(get_map_low)
6308         PMM(get_vm_maxuser_address)
6309         PMM(kextract)
6310         PMM(pg_frame)
6311         PMM(sf_buf_map)
6312         PMM(cp_slow0_map)
6313         PMM(get_kcr3)
6314         PMM(get_cr3)
6315         PMM(cmap3)
6316         PMM(basemem_setup)
6317         PMM(set_nx)
6318         PMM(bios16_enter)
6319         PMM(bios16_leave)
6320         PMM(bootstrap)
6321         PMM(is_valid_memattr)
6322         PMM(cache_bits)
6323         PMM(ps_enabled)
6324         PMM(pinit0)
6325         PMM(pinit)
6326         PMM(activate)
6327         PMM(activate_boot)
6328         PMM(advise)
6329         PMM(clear_modify)
6330         PMM(change_attr)
6331         PMM(mincore)
6332         PMM(copy)
6333         PMM(copy_page)
6334         PMM(copy_pages)
6335         PMM(zero_page)
6336         PMM(zero_page_area)
6337         PMM(enter)
6338         PMM(enter_object)
6339         PMM(enter_quick)
6340         PMM(kenter_temporary)
6341         PMM(object_init_pt)
6342         PMM(unwire)
6343         PMM(page_exists_quick)
6344         PMM(page_wired_mappings)
6345         PMM(page_is_mapped)
6346         PMM(remove_pages)
6347         PMM(is_modified)
6348         PMM(is_prefaultable)
6349         PMM(is_referenced)
6350         PMM(remove_write)
6351         PMM(ts_referenced)
6352         PMM(mapdev_attr)
6353         PMM(unmapdev)
6354         PMM(page_set_memattr)
6355         PMM(extract)
6356         PMM(extract_and_hold)
6357         PMM(map)
6358         PMM(qenter)
6359         PMM(qremove)
6360         PMM(release)
6361         PMM(remove)
6362         PMM(protect)
6363         PMM(remove_all)
6364         PMM(init)
6365         PMM(init_pat)
6366         PMM(growkernel)
6367         PMM(invalidate_page)
6368         PMM(invalidate_range)
6369         PMM(invalidate_all)
6370         PMM(invalidate_cache)
6371         PMM(flush_page)
6372         PMM(kenter)
6373         PMM(kremove)
6374         PMM(sysctl_kmaps)
6375 };