]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
MFV r333789: libpcap 1.9.0 (pre-release)
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sf_buf.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/vmmeter.h>
127 #include <sys/sched.h>
128 #include <sys/sysctl.h>
129 #include <sys/smp.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #ifdef DEV_APIC
147 #include <sys/bus.h>
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #endif
151 #include <machine/bootinfo.h>
152 #include <machine/cpu.h>
153 #include <machine/cputypes.h>
154 #include <machine/md_var.h>
155 #include <machine/pcb.h>
156 #include <machine/specialreg.h>
157 #ifdef SMP
158 #include <machine/smp.h>
159 #endif
160
161 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
162 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
163 #endif
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 /*
185  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
186  */
187 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
188 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
189
190 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
191 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
192 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
193 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
194 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
195
196 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
197     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
198 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
199
200 struct pmap kernel_pmap_store;
201
202 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
203 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
204 int pgeflag = 0;                /* PG_G or-in */
205 int pseflag = 0;                /* PG_PS or-in */
206
207 static int nkpt = NKPT;
208 vm_offset_t kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
209
210 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
211 pt_entry_t pg_nx;
212 static uma_zone_t pdptzone;
213 #endif
214
215 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
216
217 static int pat_works = 1;
218 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
219     "Is page attribute table fully functional?");
220
221 static int pg_ps_enabled = 1;
222 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
223     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
224
225 #define PAT_INDEX_SIZE  8
226 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
227
228 /*
229  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
230  */
231 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
232 static struct pmap_preinit_mapping {
233         vm_paddr_t      pa;
234         vm_offset_t     va;
235         vm_size_t       sz;
236         int             mode;
237 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
238 static int pmap_initialized;
239
240 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
241
242 /*
243  * Data for the pv entry allocation mechanism
244  */
245 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
246 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
247 static struct md_page *pv_table;
248 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
249
250 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
251 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
252 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
253
254 /*
255  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
256  */
257 pt_entry_t *CMAP3;
258 static pd_entry_t *KPTD;
259 caddr_t ptvmmap = 0;
260 caddr_t CADDR3;
261
262 /*
263  * Crashdump maps.
264  */
265 static caddr_t crashdumpmap;
266
267 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2;
268 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2;
269 #ifdef SMP
270 static int PMAP1cpu;
271 static int PMAP1changedcpu;
272 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD, 
273            &PMAP1changedcpu, 0,
274            "Number of times pmap_pte_quick changed CPU with same PMAP1");
275 #endif
276 static int PMAP1changed;
277 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD, 
278            &PMAP1changed, 0,
279            "Number of times pmap_pte_quick changed PMAP1");
280 static int PMAP1unchanged;
281 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD, 
282            &PMAP1unchanged, 0,
283            "Number of times pmap_pte_quick didn't change PMAP1");
284 static struct mtx PMAP2mutex;
285
286 int pti;
287
288 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
289 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
290 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
291 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
292 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
293 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
294 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
295 #endif
296 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
297 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
298                     vm_offset_t va);
299 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
300
301 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
302 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
303     vm_prot_t prot);
304 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
305     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
306 static void pmap_flush_page(vm_page_t m);
307 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
308 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
309                     pd_entry_t pde);
310 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
311 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
312 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
313 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
314 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
315 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
316 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
317 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
318 #endif
319 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
320     vm_prot_t prot);
321 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
322 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
323     struct spglist *free);
324 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
325     struct spglist *free);
326 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
327 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
328     struct spglist *free);
329 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
330                                         vm_offset_t va);
331 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
332 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
333     vm_page_t m);
334 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
335     pd_entry_t newpde);
336 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
337
338 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
339
340 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
341 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
342 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
343 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
344 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
345 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
346 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
347     uint8_t *flags, int wait);
348 #endif
349 static void pmap_init_trm(void);
350
351 static __inline void pagezero(void *page);
352
353 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
354 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
355
356 void pmap_cold(void);
357 extern char _end[];
358 u_long physfree;        /* phys addr of next free page */
359 u_long vm86phystk;      /* PA of vm86/bios stack */
360 u_long vm86paddr;       /* address of vm86 region */
361 int vm86pa;             /* phys addr of vm86 region */
362 u_long KERNend;         /* phys addr end of kernel (just after bss) */
363 pd_entry_t *IdlePTD;    /* phys addr of kernel PTD */
364 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
365 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
366 #endif
367 pt_entry_t *KPTmap;     /* address of kernel page tables */
368 u_long KPTphys;         /* phys addr of kernel page tables */
369 extern u_long tramp_idleptd;
370
371 static u_long
372 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
373 {
374         u_long res;
375
376         res = *physfree;
377         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
378         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
379         return (res);
380 }
381
382 static void
383 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
384 {
385         pt_entry_t *pt;
386
387         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
388             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
389                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
390 }
391
392 static void
393 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
394 {
395
396         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
397 }
398
399 _Static_assert(2 * NBPDR == KERNBASE, "Broken double-map of zero PTD");
400
401 /*
402  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
403  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
404  * does not require relocations.
405  */
406 void
407 pmap_cold(void)
408 {
409         pt_entry_t *pt;
410         u_long a;
411         u_int cr3, ncr4;
412
413         physfree = (u_long)&_end;
414         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
415                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
416         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
417                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
418         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
419         KERNend = physfree;
420
421         /* Allocate Kernel Page Tables */
422         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
423         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
424
425         /* Allocate Page Table Directory */
426 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
427         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
428         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
429 #endif
430         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
431
432         /*
433          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
434          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
435          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
436          * physical memory due to 1:1 mappings.
437          */
438         allocpages(1, &physfree);
439         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
440
441         /* vm86/bios stack */
442         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
443
444         /* pgtable + ext + IOPAGES */
445         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
446
447         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
448         for (a = 0; a < NKPT; a++)
449                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
450
451 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
452         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
453         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
454                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
455 #endif
456
457         /*
458          * Install recursive mapping for kernel page tables into
459          * itself.
460          */
461         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
462                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
463                     PG_RW;
464
465         /*
466          * Initialize page table pages mapping physical address zero
467          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
468          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
469          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
470          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
471          * kernel PDEs before we turn on paging.
472          *
473          * This and all other page table entries allow read and write
474          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
475          * access restrictions.
476          */
477         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR));
478         pmap_cold_map(0, NBPDR, atop(NBPDR));
479         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
480
481         /* Map page table directory */
482 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
483         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
484 #endif
485         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
486
487         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
488         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
489
490         /* Map proc0kstack */
491         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
492         /* ISA hole already mapped */
493
494         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
495         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
496
497         /* Map page 0 into the vm86 page table */
498         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
499
500         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
501         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
502             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
503                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
504                     PG_M | PG_V;
505
506         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
507         ncr4 = 0;
508         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
509                 ncr4 |= CR4_PSE;
510                 /*
511                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
512                  * page table pages are wasted.
513                  */
514                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
515                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
516                             PG_RW | PG_V;
517         }
518         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
519                 ncr4 |= CR4_PGE;
520                 pgeflag = PG_G;
521         }
522         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
523 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
524         ncr4 |= CR4_PAE;
525 #endif
526         if (ncr4 != 0)
527                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
528
529         /* Now enable paging */
530 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
531         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
532 #else
533         cr3 = (u_int)IdlePTD;
534 #endif
535         tramp_idleptd = cr3;
536         load_cr3(cr3);
537         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
538
539         /*
540          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
541          * linked to run.
542          */
543
544         /*
545          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
546          * to get some null pointer checks.
547          */
548         IdlePTD[0] = 0;
549         load_cr3(cr3);          /* invalidate TLB */
550 }
551
552 /*
553  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
554  *
555  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
556  *      in locore.s with the page table created in pmap_cold(),
557  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
558  */
559 void
560 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr)
561 {
562         vm_offset_t va;
563         pt_entry_t *pte, *unused;
564         struct pcpu *pc;
565         int i;
566
567         /*
568          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
569          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
570          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
571          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
572          * addresses to superpage mappings.
573          */
574         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
575
576         /*
577          * Initialize the first available kernel virtual address.  However,
578          * using "firstaddr" may waste a few pages of the kernel virtual
579          * address space, because locore may not have mapped every physical
580          * page that it allocated.  Preferably, locore would provide a first
581          * unused virtual address in addition to "firstaddr".
582          */
583         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
584
585         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
586
587         /*
588          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
589          */
590         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
591         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
592 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
593         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
594 #endif
595         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
596         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
597
598         /*
599          * Initialize the global pv list lock.
600          */
601         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
602
603         /*
604          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
605          * mapping of pages.
606          */
607 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
608         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
609
610         va = virtual_avail;
611         pte = vtopte(va);
612
613
614         /*
615          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
616          * during early boot.
617          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
618          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
619          */
620         pc = get_pcpu();
621         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
622         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
623         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
624         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
625
626         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
627
628         /*
629          * Crashdump maps.
630          */
631         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
632
633         /*
634          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
635          */
636         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
637
638         /*
639          * msgbufp is used to map the system message buffer.
640          */
641         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
642
643         /*
644          * KPTmap is used by pmap_kextract().
645          *
646          * KPTmap is first initialized by locore.  However, that initial
647          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
648          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
649          */
650         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
651
652         for (i = 0; i < NKPT; i++)
653                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
654
655         /*
656          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
657          * respectively.
658          */
659         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
660         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
661
662         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
663
664         virtual_avail = va;
665
666         /*
667          * Initialize the PAT MSR if present.
668          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
669          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
670          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
671          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
672          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
673          */
674         pmap_init_pat();
675 }
676
677 static void
678 pmap_init_reserved_pages(void)
679 {
680         struct pcpu *pc;
681         vm_offset_t pages;
682         int i;
683
684         CPU_FOREACH(i) {
685                 pc = pcpu_find(i);
686                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
687                     MTX_NEW);
688                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
689                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
690                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
691                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
692                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
693                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
694                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
695                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
696                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
697                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
698                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
699
700                 /*
701                  * Skip if the mappings have already been initialized,
702                  * i.e. this is the BSP.
703                  */
704                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
705                         continue;
706
707                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
708                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
709                 if (pages == 0)
710                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
711                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
712                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
713                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
714                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
715                 pc->pc_qmap_addr = pages + atop(2);
716         }
717 }
718  
719 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
720
721 /*
722  * Setup the PAT MSR.
723  */
724 void
725 pmap_init_pat(void)
726 {
727         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
728         uint64_t pat_msr;
729         u_long cr0, cr4;
730         int i;
731
732         /* Set default PAT index table. */
733         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
734                 pat_table[i] = -1;
735         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
736         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
737         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
738         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
739         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
740         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
741
742         /*
743          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
744          * We assume that PAT support implies PGE.
745          */
746         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
747                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
748                         pat_index[i] = pat_table[i];
749                 pat_works = 0;
750                 return;
751         }
752
753         /*
754          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
755          * PAT entries.
756          *
757          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
758          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
759          * or Mode C Paging)
760          *
761          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
762          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
763          */
764         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
765             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
766                 pat_works = 0;
767
768         /* Initialize default PAT entries. */
769         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
770             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
771             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
772             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
773             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
774             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
775             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
776             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
777
778         if (pat_works) {
779                 /*
780                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
781                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
782                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
783                  */
784                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
785                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
786                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
787                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
788                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
789                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
790         } else {
791                 /*
792                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
793                  */
794                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
795                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
796                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
797         }
798
799         /* Disable PGE. */
800         cr4 = rcr4();
801         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
802
803         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
804         cr0 = rcr0();
805         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
806
807         /* Flushes caches and TLBs. */
808         wbinvd();
809         invltlb();
810
811         /* Update PAT and index table. */
812         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
813         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
814                 pat_index[i] = pat_table[i];
815
816         /* Flush caches and TLBs again. */
817         wbinvd();
818         invltlb();
819
820         /* Restore caches and PGE. */
821         load_cr0(cr0);
822         load_cr4(cr4);
823 }
824
825 /*
826  * Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
827  */
828 void
829 pmap_page_init(vm_page_t m)
830 {
831
832         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
833         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
834 }
835
836 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
837 static void *
838 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
839     int wait)
840 {
841
842         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
843         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
844         return ((void *)kmem_alloc_contig_domain(domain, bytes, wait, 0x0ULL,
845             0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
846 }
847 #endif
848
849 /*
850  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
851  * Requirements:
852  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
853  *    are ever set, PG_V in particular.
854  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
855  *    on PAE systems.  This should be ok.
856  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
857  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
858  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
859  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
860  */
861 static vm_offset_t
862 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
863 {
864         pt_entry_t *pte;
865         vm_offset_t va;
866
867         va = *head;
868         if (va == 0)
869                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
870         pte = vtopte(va);
871         *head = *pte;
872         if (*head & PG_V)
873                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
874         *pte = 0;
875         return (va);
876 }
877
878 static void
879 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
880 {
881         pt_entry_t *pte;
882
883         if (va & PG_V)
884                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
885         pte = vtopte(va);
886         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
887         *head = va;
888 }
889
890 static void
891 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
892 {
893         int i;
894         vm_offset_t va;
895
896         *head = 0;
897         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
898                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
899                 pmap_ptelist_free(head, va);
900         }
901 }
902
903
904 /*
905  *      Initialize the pmap module.
906  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
907  *      system needs to map virtual memory.
908  */
909 void
910 pmap_init(void)
911 {
912         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
913         vm_page_t mpte;
914         vm_size_t s;
915         int i, pv_npg;
916
917         /*
918          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
919          * page table pages.
920          */ 
921         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
922                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
923                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
924                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
925                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
926                 mpte->pindex = i + KPTDI;
927                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
928         }
929
930         /*
931          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
932          * high water mark so that the system can recover from excessive
933          * numbers of pv entries.
934          */
935         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
936         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
937         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
938         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
939         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
940
941         /*
942          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
943          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
944          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
945          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
946          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
947          * include at least one feature that is only supported by older Intel
948          * or newer AMD processors.
949          */
950         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
951             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
952             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
953             AMDID2_FMA4)) == 0)
954                 workaround_erratum383 = 1;
955
956         /*
957          * Are large page mappings supported and enabled?
958          */
959         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
960         if (pseflag == 0)
961                 pg_ps_enabled = 0;
962         else if (pg_ps_enabled) {
963                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
964                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
965                 pagesizes[1] = NBPDR;
966         }
967
968         /*
969          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
970          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
971          */
972         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
973             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
974
975         /*
976          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
977          */
978         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
979         s = round_page(s);
980         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
981             M_WAITOK | M_ZERO);
982         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
983                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
984
985         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
986         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
987         if (pv_chunkbase == NULL)
988                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
989         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
990 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
991         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
992             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
993             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
994         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
995 #endif
996
997         pmap_initialized = 1;
998         pmap_init_trm();
999
1000         if (!bootverbose)
1001                 return;
1002         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1003                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1004                 if (ppim->va == 0)
1005                         continue;
1006                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1007                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1008         }
1009
1010 }
1011
1012
1013 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
1014         "Max number of PV entries");
1015 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
1016         "Page share factor per proc");
1017
1018 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1019     "2/4MB page mapping counters");
1020
1021 static u_long pmap_pde_demotions;
1022 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1023     &pmap_pde_demotions, 0, "2/4MB page demotions");
1024
1025 static u_long pmap_pde_mappings;
1026 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1027     &pmap_pde_mappings, 0, "2/4MB page mappings");
1028
1029 static u_long pmap_pde_p_failures;
1030 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1031     &pmap_pde_p_failures, 0, "2/4MB page promotion failures");
1032
1033 static u_long pmap_pde_promotions;
1034 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1035     &pmap_pde_promotions, 0, "2/4MB page promotions");
1036
1037 /***************************************************
1038  * Low level helper routines.....
1039  ***************************************************/
1040
1041 /*
1042  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1043  * caching mode.
1044  */
1045 int
1046 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
1047 {
1048         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1049
1050         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1051                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1052
1053         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1054         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1055
1056         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1057         pat_idx = pat_index[mode];
1058
1059         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1060         cache_bits = 0;
1061         if (pat_idx & 0x4)
1062                 cache_bits |= pat_flag;
1063         if (pat_idx & 0x2)
1064                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1065         if (pat_idx & 0x1)
1066                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1067         return (cache_bits);
1068 }
1069
1070 /*
1071  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1072  */
1073 static void
1074 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1075 {
1076         pd_entry_t *pde;
1077
1078         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1079         pde_store(pde, newpde);
1080 }
1081
1082 /*
1083  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1084  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1085  * calling processor's TLB is affected.
1086  *
1087  * The calling thread must be pinned to a processor.
1088  */
1089 static void
1090 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1091 {
1092
1093         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1094                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1095                 invlpg(va);
1096         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1097                 /*
1098                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1099                  * because there are too many to flush individually.
1100                  */
1101                 invltlb();
1102 }
1103
1104 void
1105 invltlb_glob(void)
1106 {
1107
1108         invltlb();
1109 }
1110
1111
1112 #ifdef SMP
1113 /*
1114  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1115  *
1116  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1117  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1118  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1119  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1120  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1121  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1122  * one of the following functions but before a store updating the page
1123  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1124  * processor before its pm_active field is checked but due to
1125  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1126  * pmap as inactive on the other processor.
1127  * 
1128  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1129  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1130  * processor.
1131  */
1132 void
1133 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1134 {
1135         cpuset_t *mask, other_cpus;
1136         u_int cpuid;
1137
1138         sched_pin();
1139         if (pmap == kernel_pmap) {
1140                 invlpg(va);
1141                 mask = &all_cpus;
1142         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1143                 mask = &all_cpus;
1144         } else {
1145                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1146                 other_cpus = all_cpus;
1147                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1148                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1149                 mask = &other_cpus;
1150         }
1151         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1152         sched_unpin();
1153 }
1154
1155 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1156 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1157
1158 void
1159 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1160 {
1161         cpuset_t *mask, other_cpus;
1162         vm_offset_t addr;
1163         u_int cpuid;
1164
1165         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1166                 pmap_invalidate_all(pmap);
1167                 return;
1168         }
1169
1170         sched_pin();
1171         if (pmap == kernel_pmap) {
1172                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1173                         invlpg(addr);
1174                 mask = &all_cpus;
1175         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1176                 mask = &all_cpus;
1177         } else {
1178                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1179                 other_cpus = all_cpus;
1180                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1181                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1182                 mask = &other_cpus;
1183         }
1184         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1185         sched_unpin();
1186 }
1187
1188 void
1189 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1190 {
1191         cpuset_t *mask, other_cpus;
1192         u_int cpuid;
1193
1194         sched_pin();
1195         if (pmap == kernel_pmap) {
1196                 invltlb();
1197                 mask = &all_cpus;
1198         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1199                 mask = &all_cpus;
1200         } else {
1201                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1202                 other_cpus = all_cpus;
1203                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1204                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1205                 mask = &other_cpus;
1206         }
1207         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1208         sched_unpin();
1209 }
1210
1211 void
1212 pmap_invalidate_cache(void)
1213 {
1214
1215         sched_pin();
1216         wbinvd();
1217         smp_cache_flush();
1218         sched_unpin();
1219 }
1220
1221 struct pde_action {
1222         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1223         vm_offset_t va;
1224         pd_entry_t *pde;
1225         pd_entry_t newpde;
1226         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1227 };
1228
1229 static void
1230 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1231 {
1232         struct pde_action *act = arg;
1233         pd_entry_t *pde;
1234
1235         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1236                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1237                 pde_store(pde, act->newpde);
1238         }
1239 }
1240
1241 static void
1242 pmap_update_pde_user(void *arg)
1243 {
1244         struct pde_action *act = arg;
1245
1246         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1247                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1248 }
1249
1250 static void
1251 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1252 {
1253         struct pde_action *act = arg;
1254
1255         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1256                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1257 }
1258
1259 /*
1260  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1261  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1262  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1263  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1264  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1265  * hardware error.
1266  */
1267 static void
1268 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1269 {
1270         struct pde_action act;
1271         cpuset_t active, other_cpus;
1272         u_int cpuid;
1273
1274         sched_pin();
1275         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1276         other_cpus = all_cpus;
1277         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1278         if (pmap == kernel_pmap)
1279                 active = all_cpus;
1280         else
1281                 active = pmap->pm_active;
1282         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1283                 act.store = cpuid;
1284                 act.invalidate = active;
1285                 act.va = va;
1286                 act.pde = pde;
1287                 act.newpde = newpde;
1288                 CPU_SET(cpuid, &active);
1289                 smp_rendezvous_cpus(active,
1290                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1291                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1292                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1293         } else {
1294                 if (pmap == kernel_pmap)
1295                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1296                 else
1297                         pde_store(pde, newpde);
1298                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1299                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1300         }
1301         sched_unpin();
1302 }
1303 #else /* !SMP */
1304 /*
1305  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1306  * We inline these within pmap.c for speed.
1307  */
1308 PMAP_INLINE void
1309 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1310 {
1311
1312         if (pmap == kernel_pmap)
1313                 invlpg(va);
1314 }
1315
1316 PMAP_INLINE void
1317 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1318 {
1319         vm_offset_t addr;
1320
1321         if (pmap == kernel_pmap)
1322                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1323                         invlpg(addr);
1324 }
1325
1326 PMAP_INLINE void
1327 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1328 {
1329
1330         if (pmap == kernel_pmap)
1331                 invltlb();
1332 }
1333
1334 PMAP_INLINE void
1335 pmap_invalidate_cache(void)
1336 {
1337
1338         wbinvd();
1339 }
1340
1341 static void
1342 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1343 {
1344
1345         if (pmap == kernel_pmap)
1346                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1347         else
1348                 pde_store(pde, newpde);
1349         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1350                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1351 }
1352 #endif /* !SMP */
1353
1354 static void
1355 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1356 {
1357
1358         /*
1359          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1360          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1361          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1362          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1363          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1364          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1365          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1366          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1367          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1368          */
1369         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1370                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1371         else
1372                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1373 }
1374
1375 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1376
1377 void
1378 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1379 {
1380
1381         if (force) {
1382                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
1383         } else {
1384                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1385                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1386                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1387                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1388         }
1389
1390         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1391                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1392         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1393             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1394 #ifdef DEV_APIC
1395                 /*
1396                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1397                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1398                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1399                  * don't need to flush for that range anyway.
1400                  */
1401                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1402                         return;
1403 #endif
1404                 /*
1405                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1406                  * instruction to insure that previous stores are
1407                  * included in the write-back.  The processor
1408                  * propagates flush to other processors in the cache
1409                  * coherence domain.
1410                  */
1411                 sfence();
1412                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1413                         clflushopt(sva);
1414                 sfence();
1415         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1416             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1417 #ifdef DEV_APIC
1418                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1419                         return;
1420 #endif
1421                 /*
1422                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1423                  */
1424                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1425                         mfence();
1426                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1427                         clflush(sva);
1428                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1429                         mfence();
1430         } else {
1431
1432                 /*
1433                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1434                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1435                  * Globally invalidate cache.
1436                  */
1437                 pmap_invalidate_cache();
1438         }
1439 }
1440
1441 void
1442 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1443 {
1444         int i;
1445
1446         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1447             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0) {
1448                 pmap_invalidate_cache();
1449         } else {
1450                 for (i = 0; i < count; i++)
1451                         pmap_flush_page(pages[i]);
1452         }
1453 }
1454
1455 /*
1456  * Are we current address space or kernel?
1457  */
1458 static __inline int
1459 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1460 {
1461
1462         return (pmap == kernel_pmap);
1463 }
1464
1465 /*
1466  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1467  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1468  */
1469 pt_entry_t *
1470 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1471 {
1472         pd_entry_t newpf;
1473         pd_entry_t *pde;
1474
1475         pde = pmap_pde(pmap, va);
1476         if (*pde & PG_PS)
1477                 return (pde);
1478         if (*pde != 0) {
1479                 /* are we current address space or kernel? */
1480                 if (pmap_is_current(pmap))
1481                         return (vtopte(va));
1482                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1483                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1484                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1485                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1486                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
1487                 }
1488                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1489         }
1490         return (NULL);
1491 }
1492
1493 /*
1494  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1495  * being NULL.
1496  */
1497 static __inline void
1498 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1499 {
1500
1501         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1502                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1507  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1508  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1509  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1510  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1511  */
1512 static __inline void
1513 invlcaddr(void *caddr)
1514 {
1515
1516         invlpg((u_int)caddr);
1517 }
1518
1519 /*
1520  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1521  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1522  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1523  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1524  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1525  *
1526  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1527  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1528  */
1529 static pt_entry_t *
1530 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1531 {
1532         pd_entry_t newpf;
1533         pd_entry_t *pde;
1534
1535         pde = pmap_pde(pmap, va);
1536         if (*pde & PG_PS)
1537                 return (pde);
1538         if (*pde != 0) {
1539                 /* are we current address space or kernel? */
1540                 if (pmap_is_current(pmap))
1541                         return (vtopte(va));
1542                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1543                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1544                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1545                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1546                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1547 #ifdef SMP
1548                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1549 #endif
1550                         invlcaddr(PADDR1);
1551                         PMAP1changed++;
1552                 } else
1553 #ifdef SMP
1554                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1555                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1556                         invlcaddr(PADDR1);
1557                         PMAP1changedcpu++;
1558                 } else
1559 #endif
1560                         PMAP1unchanged++;
1561                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1562         }
1563         return (0);
1564 }
1565
1566 /*
1567  *      Routine:        pmap_extract
1568  *      Function:
1569  *              Extract the physical page address associated
1570  *              with the given map/virtual_address pair.
1571  */
1572 vm_paddr_t 
1573 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1574 {
1575         vm_paddr_t rtval;
1576         pt_entry_t *pte;
1577         pd_entry_t pde;
1578
1579         rtval = 0;
1580         PMAP_LOCK(pmap);
1581         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1582         if (pde != 0) {
1583                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1584                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1585                 else {
1586                         pte = pmap_pte(pmap, va);
1587                         rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1588                         pmap_pte_release(pte);
1589                 }
1590         }
1591         PMAP_UNLOCK(pmap);
1592         return (rtval);
1593 }
1594
1595 /*
1596  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1597  *      Function:
1598  *              Atomically extract and hold the physical page
1599  *              with the given pmap and virtual address pair
1600  *              if that mapping permits the given protection.
1601  */
1602 vm_page_t
1603 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1604 {
1605         pd_entry_t pde, newpf;
1606         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1607         vm_page_t m;
1608         vm_paddr_t pa;
1609
1610         pa = 0;
1611         m = NULL;
1612         PMAP_LOCK(pmap);
1613 retry:
1614         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1615         if (pde != 0) {
1616                 if (pde & PG_PS) {
1617                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1618                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1619                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1620                                         goto retry;
1621                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1622                                     (va & PDRMASK));
1623                                 vm_page_hold(m);
1624                         }
1625                 } else {
1626                         newpf = pde & PG_FRAME;
1627                         critical_enter();
1628                         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1629                         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != newpf) {
1630                                 *eh_ptep = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1631                                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1632                         }
1633                         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) +
1634                             (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1));
1635                         pte = *ptep;
1636                         critical_exit();
1637                         if (pte != 0 &&
1638                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1639                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1640                                     &pa))
1641                                         goto retry;
1642                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1643                                 vm_page_hold(m);
1644                         }
1645                 }
1646         }
1647         PA_UNLOCK_COND(pa);
1648         PMAP_UNLOCK(pmap);
1649         return (m);
1650 }
1651
1652 /***************************************************
1653  * Low level mapping routines.....
1654  ***************************************************/
1655
1656 /*
1657  * Add a wired page to the kva.
1658  * Note: not SMP coherent.
1659  *
1660  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1661  */
1662 PMAP_INLINE void 
1663 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1664 {
1665         pt_entry_t *pte;
1666
1667         pte = vtopte(va);
1668         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1669 }
1670
1671 static __inline void
1672 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1673 {
1674         pt_entry_t *pte;
1675
1676         pte = vtopte(va);
1677         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(mode, 0));
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Remove a page from the kernel pagetables.
1682  * Note: not SMP coherent.
1683  *
1684  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1685  */
1686 PMAP_INLINE void
1687 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1688 {
1689         pt_entry_t *pte;
1690
1691         pte = vtopte(va);
1692         pte_clear(pte);
1693 }
1694
1695 /*
1696  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1697  *      virtual address space.
1698  *
1699  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1700  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1701  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1702  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1703  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1704  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1705  *      region.
1706  */
1707 vm_offset_t
1708 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1709 {
1710         vm_offset_t va, sva;
1711         vm_paddr_t superpage_offset;
1712         pd_entry_t newpde;
1713
1714         va = *virt;
1715         /*
1716          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1717          * least one superpage mapping to be created?
1718          */ 
1719         superpage_offset = start & PDRMASK;
1720         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1721                 /*
1722                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1723                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1724                  */
1725                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1726                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1727                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1728                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1729         }
1730         sva = va;
1731         while (start < end) {
1732                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1733                     pseflag) {
1734                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1735                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1736                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1737                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1738                         va += NBPDR;
1739                         start += NBPDR;
1740                 } else {
1741                         pmap_kenter(va, start);
1742                         va += PAGE_SIZE;
1743                         start += PAGE_SIZE;
1744                 }
1745         }
1746         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1747         *virt = va;
1748         return (sva);
1749 }
1750
1751
1752 /*
1753  * Add a list of wired pages to the kva
1754  * this routine is only used for temporary
1755  * kernel mappings that do not need to have
1756  * page modification or references recorded.
1757  * Note that old mappings are simply written
1758  * over.  The page *must* be wired.
1759  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1760  */
1761 void
1762 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1763 {
1764         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1765         vm_page_t m;
1766
1767         oldpte = 0;
1768         pte = vtopte(sva);
1769         endpte = pte + count;
1770         while (pte < endpte) {
1771                 m = *ma++;
1772                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1773                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1774                         oldpte |= *pte;
1775 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1776                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1777 #else
1778                         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1779 #endif
1780                 }
1781                 pte++;
1782         }
1783         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1784                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1785                     PAGE_SIZE);
1786 }
1787
1788 /*
1789  * This routine tears out page mappings from the
1790  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1791  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1792  */
1793 void
1794 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1795 {
1796         vm_offset_t va;
1797
1798         va = sva;
1799         while (count-- > 0) {
1800                 pmap_kremove(va);
1801                 va += PAGE_SIZE;
1802         }
1803         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1804 }
1805
1806 /***************************************************
1807  * Page table page management routines.....
1808  ***************************************************/
1809 /*
1810  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1811  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1812  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1813  */
1814 static __inline void
1815 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1816     boolean_t set_PG_ZERO)
1817 {
1818
1819         if (set_PG_ZERO)
1820                 m->flags |= PG_ZERO;
1821         else
1822                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1823         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1824 }
1825
1826 /*
1827  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1828  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1829  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1830  * ordered by this virtual address range.
1831  */
1832 static __inline int
1833 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1834 {
1835
1836         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1837         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1838 }
1839
1840 /*
1841  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1842  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1843  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1844  * specified virtual address.
1845  */
1846 static __inline vm_page_t
1847 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1848 {
1849
1850         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1851         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1852 }
1853
1854 /*
1855  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1856  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1857  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1858  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1859  */
1860 static inline boolean_t
1861 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1862 {
1863
1864         --m->wire_count;
1865         if (m->wire_count == 0) {
1866                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1867                 return (TRUE);
1868         } else
1869                 return (FALSE);
1870 }
1871
1872 static void
1873 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1874 {
1875         vm_offset_t pteva;
1876
1877         /*
1878          * unmap the page table page
1879          */
1880         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1881         --pmap->pm_stats.resident_count;
1882
1883         /*
1884          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1885          * take effect immediately.
1886          */
1887         pteva = VM_MAXUSER_ADDRESS + i386_ptob(m->pindex);
1888         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1889
1890         /* 
1891          * Put page on a list so that it is released after
1892          * *ALL* TLB shootdown is done
1893          */
1894         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1895 }
1896
1897 /*
1898  * After removing a page table entry, this routine is used to
1899  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1900  */
1901 static int
1902 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1903 {
1904         pd_entry_t ptepde;
1905         vm_page_t mpte;
1906
1907         if (pmap == kernel_pmap)
1908                 return (0);
1909         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1910         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1911         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
1912 }
1913
1914 /*
1915  * Initialize the pmap for the swapper process.
1916  */
1917 void
1918 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1919 {
1920
1921         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1922         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
1923 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1924         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
1925 #endif
1926         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1927         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1928         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1929         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1930         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1931 }
1932
1933 /*
1934  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1935  * such as one in a vmspace structure.
1936  */
1937 int
1938 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1939 {
1940         vm_page_t m;
1941         int i;
1942
1943         /*
1944          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1945          * page directory table.
1946          */
1947         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1948                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
1949                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
1950                         return (0);
1951 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1952                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
1953                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
1954                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
1955                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
1956                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
1957                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
1958 #endif
1959                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
1960         }
1961         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1962             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
1963
1964         /*
1965          * allocate the page directory page(s)
1966          */
1967         for (i = 0; i < NPGPTD;) {
1968                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1969                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1970                 if (m == NULL) {
1971                         vm_wait(NULL);
1972                 } else {
1973                         pmap->pm_ptdpg[i] = m;
1974 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1975                         pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
1976 #endif
1977                         i++;
1978                 }
1979         }
1980
1981         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
1982
1983         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
1984                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
1985                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
1986
1987         /* Install the trampoline mapping. */
1988         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
1989
1990         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1991         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1992         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1993
1994         return (1);
1995 }
1996
1997 /*
1998  * this routine is called if the page table page is not
1999  * mapped correctly.
2000  */
2001 static vm_page_t
2002 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2003 {
2004         vm_paddr_t ptepa;
2005         vm_page_t m;
2006
2007         /*
2008          * Allocate a page table page.
2009          */
2010         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2011             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2012                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2013                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2014                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2015                         vm_wait(NULL);
2016                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2017                         PMAP_LOCK(pmap);
2018                 }
2019
2020                 /*
2021                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2022                  * page may have been allocated.
2023                  */
2024                 return (NULL);
2025         }
2026         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2027                 pmap_zero_page(m);
2028
2029         /*
2030          * Map the pagetable page into the process address space, if
2031          * it isn't already there.
2032          */
2033
2034         pmap->pm_stats.resident_count++;
2035
2036         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2037         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2038                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2039
2040         return (m);
2041 }
2042
2043 static vm_page_t
2044 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2045 {
2046         u_int ptepindex;
2047         pd_entry_t ptepa;
2048         vm_page_t m;
2049
2050         /*
2051          * Calculate pagetable page index
2052          */
2053         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2054 retry:
2055         /*
2056          * Get the page directory entry
2057          */
2058         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2059
2060         /*
2061          * This supports switching from a 4MB page to a
2062          * normal 4K page.
2063          */
2064         if (ptepa & PG_PS) {
2065                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2066                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2067         }
2068
2069         /*
2070          * If the page table page is mapped, we just increment the
2071          * hold count, and activate it.
2072          */
2073         if (ptepa) {
2074                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2075                 m->wire_count++;
2076         } else {
2077                 /*
2078                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2079                  * been deallocated. 
2080                  */
2081                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2082                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2083                         goto retry;
2084         }
2085         return (m);
2086 }
2087
2088
2089 /***************************************************
2090 * Pmap allocation/deallocation routines.
2091  ***************************************************/
2092
2093 /*
2094  * Release any resources held by the given physical map.
2095  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2096  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2097  */
2098 void
2099 pmap_release(pmap_t pmap)
2100 {
2101         vm_page_t m;
2102         int i;
2103
2104         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2105             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2106             pmap->pm_stats.resident_count));
2107         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2108             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2109         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2110             ("releasing active pmap %p", pmap));
2111
2112         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2113
2114         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2115                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2116 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
2117                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2118                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2119 #endif
2120                 vm_page_unwire_noq(m);
2121                 vm_page_free(m);
2122         }
2123 }
2124
2125 static int
2126 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2127 {
2128         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
2129
2130         return (sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req));
2131 }
2132 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2133     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
2134
2135 static int
2136 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2137 {
2138         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2139
2140         return (sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req));
2141 }
2142 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2143     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
2144
2145 /*
2146  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2147  */
2148 void
2149 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2150 {
2151         vm_paddr_t ptppaddr;
2152         vm_page_t nkpg;
2153         pd_entry_t newpdir;
2154
2155         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2156         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2157         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2158                 addr = kernel_map->max_offset;
2159         while (kernel_vm_end < addr) {
2160                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2161                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2162                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2163                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2164                                 break;
2165                         }
2166                         continue;
2167                 }
2168
2169                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2170                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2171                     VM_ALLOC_ZERO);
2172                 if (nkpg == NULL)
2173                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2174
2175                 nkpt++;
2176
2177                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2178                         pmap_zero_page(nkpg);
2179                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2180                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2181                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2182
2183                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2184                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2185                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2186                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2187                         break;
2188                 }
2189         }
2190 }
2191
2192
2193 /***************************************************
2194  * page management routines.
2195  ***************************************************/
2196
2197 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2198 CTASSERT(_NPCM == 11);
2199 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2200
2201 static __inline struct pv_chunk *
2202 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2203 {
2204
2205         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2206 }
2207
2208 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2209
2210 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2211 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2212
2213 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2214         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2215         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2216         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2217         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2218 };
2219
2220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2221         "Current number of pv entries");
2222
2223 #ifdef PV_STATS
2224 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2225
2226 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2227         "Current number of pv entry chunks");
2228 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2229         "Current number of pv entry chunks allocated");
2230 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2231         "Current number of pv entry chunks frees");
2232 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2233         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2234
2235 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2236 static int pv_entry_spare;
2237
2238 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2239         "Current number of pv entry frees");
2240 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2241         "Current number of pv entry allocs");
2242 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2243         "Current number of spare pv entries");
2244 #endif
2245
2246 /*
2247  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2248  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2249  * another pv entry chunk.
2250  */
2251 static vm_page_t
2252 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2253 {
2254         struct pch newtail;
2255         struct pv_chunk *pc;
2256         struct md_page *pvh;
2257         pd_entry_t *pde;
2258         pmap_t pmap;
2259         pt_entry_t *pte, tpte;
2260         pv_entry_t pv;
2261         vm_offset_t va;
2262         vm_page_t m, m_pc;
2263         struct spglist free;
2264         uint32_t inuse;
2265         int bit, field, freed;
2266
2267         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2268         pmap = NULL;
2269         m_pc = NULL;
2270         SLIST_INIT(&free);
2271         TAILQ_INIT(&newtail);
2272         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2273             SLIST_EMPTY(&free))) {
2274                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2275                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2276                         if (pmap != NULL) {
2277                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2278                                 if (pmap != locked_pmap)
2279                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2280                         }
2281                         pmap = pc->pc_pmap;
2282                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2283                         if (pmap > locked_pmap)
2284                                 PMAP_LOCK(pmap);
2285                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2286                                 pmap = NULL;
2287                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2288                                 continue;
2289                         }
2290                 }
2291
2292                 /*
2293                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2294                  */
2295                 freed = 0;
2296                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2297                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2298                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2299                                 bit = bsfl(inuse);
2300                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2301                                 va = pv->pv_va;
2302                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2303                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2304                                         continue;
2305                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
2306                                 tpte = *pte;
2307                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2308                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2309                                 pmap_pte_release(pte);
2310                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2311                                         continue;
2312                                 KASSERT(tpte != 0,
2313                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2314                                     pmap, va));
2315                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2316                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2317                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2318                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2319                                         vm_page_dirty(m);
2320                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2321                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2322                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2323                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2324                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2325                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2326                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2327                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2328                                                     PGA_WRITEABLE);
2329                                         }
2330                                 }
2331                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2332                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2333                                 freed++;
2334                         }
2335                 }
2336                 if (freed == 0) {
2337                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2338                         continue;
2339                 }
2340                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2341                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2342                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2343                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2344                 pv_entry_count -= freed;
2345                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2346                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2347                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2348                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2349                                     pc_list);
2350                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2351
2352                                 /*
2353                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2354                                  * sufficient.
2355                                  */
2356                                 if (pmap == locked_pmap)
2357                                         goto out;
2358                                 break;
2359                         }
2360                 if (field == _NPCM) {
2361                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2362                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2363                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2364                         /* Entire chunk is free; return it. */
2365                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2366                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2367                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2368                         break;
2369                 }
2370         }
2371 out:
2372         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2373         if (pmap != NULL) {
2374                 pmap_invalidate_all(pmap);
2375                 if (pmap != locked_pmap)
2376                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2377         }
2378         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2379                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2380                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2381                 /* Recycle a freed page table page. */
2382                 m_pc->wire_count = 1;
2383         }
2384         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2385         return (m_pc);
2386 }
2387
2388 /*
2389  * free the pv_entry back to the free list
2390  */
2391 static void
2392 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2393 {
2394         struct pv_chunk *pc;
2395         int idx, field, bit;
2396
2397         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2398         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2399         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2400         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2401         pv_entry_count--;
2402         pc = pv_to_chunk(pv);
2403         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2404         field = idx / 32;
2405         bit = idx % 32;
2406         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2407         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2408                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2409                         /*
2410                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2411                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2412                          */
2413                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2414                             pc)) {
2415                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2416                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2417                                     pc_list);
2418                         }
2419                         return;
2420                 }
2421         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2422         free_pv_chunk(pc);
2423 }
2424
2425 static void
2426 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2427 {
2428         vm_page_t m;
2429
2430         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2431         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2432         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2433         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2434         /* entire chunk is free, return it */
2435         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2436         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2437         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
2438         vm_page_free(m);
2439         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2440 }
2441
2442 /*
2443  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2444  * when needed.
2445  */
2446 static pv_entry_t
2447 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2448 {
2449         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2450         static struct timeval lastprint;
2451         int bit, field;
2452         pv_entry_t pv;
2453         struct pv_chunk *pc;
2454         vm_page_t m;
2455
2456         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2457         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2458         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2459         pv_entry_count++;
2460         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2461                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2462                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2463                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2464                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
2465 retry:
2466         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2467         if (pc != NULL) {
2468                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2469                         if (pc->pc_map[field]) {
2470                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2471                                 break;
2472                         }
2473                 }
2474                 if (field < _NPCM) {
2475                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2476                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2477                         /* If this was the last item, move it to tail */
2478                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2479                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2480                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2481                                         return (pv);    /* not full, return */
2482                                 }
2483                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2484                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2485                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2486                         return (pv);
2487                 }
2488         }
2489         /*
2490          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2491          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2492          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2493          */
2494         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2495             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2496                 if (try) {
2497                         pv_entry_count--;
2498                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2499                         return (NULL);
2500                 }
2501                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2502                 if (m == NULL)
2503                         goto retry;
2504         }
2505         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2506         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2507         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2508         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2509         pc->pc_pmap = pmap;
2510         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2511         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2512                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2513         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2514         pv = &pc->pc_pventry[0];
2515         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2516         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2517         return (pv);
2518 }
2519
2520 static __inline pv_entry_t
2521 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2522 {
2523         pv_entry_t pv;
2524
2525         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2526         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2527                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2528                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2529                         break;
2530                 }
2531         }
2532         return (pv);
2533 }
2534
2535 static void
2536 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2537 {
2538         struct md_page *pvh;
2539         pv_entry_t pv;
2540         vm_offset_t va_last;
2541         vm_page_t m;
2542
2543         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2544         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2545             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2546
2547         /*
2548          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2549          * page's pv list.
2550          */
2551         pvh = pa_to_pvh(pa);
2552         va = trunc_4mpage(va);
2553         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2554         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2555         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2556         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2557         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2558         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2559         do {
2560                 m++;
2561                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2562                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2563                 va += PAGE_SIZE;
2564                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2565         } while (va < va_last);
2566 }
2567
2568 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2569 static void
2570 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2571 {
2572         struct md_page *pvh;
2573         pv_entry_t pv;
2574         vm_offset_t va_last;
2575         vm_page_t m;
2576
2577         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2578         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2579             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2580
2581         /*
2582          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2583          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2584          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2585          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2586          * removes one of the mappings that is being promoted.
2587          */
2588         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2589         va = trunc_4mpage(va);
2590         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2591         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2592         pvh = pa_to_pvh(pa);
2593         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2594         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2595         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2596         do {
2597                 m++;
2598                 va += PAGE_SIZE;
2599                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2600         } while (va < va_last);
2601 }
2602 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2603
2604 static void
2605 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2606 {
2607         pv_entry_t pv;
2608
2609         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2610         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2611         free_pv_entry(pmap, pv);
2612 }
2613
2614 static void
2615 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2616 {
2617         struct md_page *pvh;
2618
2619         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2620         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2621         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2622                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2623                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2624                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2625         }
2626 }
2627
2628 /*
2629  * Create a pv entry for page at pa for
2630  * (pmap, va).
2631  */
2632 static void
2633 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2634 {
2635         pv_entry_t pv;
2636
2637         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2638         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2639         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2640         pv->pv_va = va;
2641         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2642 }
2643
2644 /*
2645  * Conditionally create a pv entry.
2646  */
2647 static boolean_t
2648 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2649 {
2650         pv_entry_t pv;
2651
2652         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2653         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2654         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2655             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2656                 pv->pv_va = va;
2657                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2658                 return (TRUE);
2659         } else
2660                 return (FALSE);
2661 }
2662
2663 /*
2664  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2665  */
2666 static boolean_t
2667 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2668 {
2669         struct md_page *pvh;
2670         pv_entry_t pv;
2671
2672         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2673         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2674             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2675                 pv->pv_va = va;
2676                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2677                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2678                 return (TRUE);
2679         } else
2680                 return (FALSE);
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2685  */
2686 static void
2687 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2688 {
2689         pt_entry_t *pte;
2690
2691         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2692                 *pte = newpte;  
2693                 newpte += PAGE_SIZE;
2694         }
2695 }
2696
2697 /*
2698  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2699  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2700  */
2701 static boolean_t
2702 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2703 {
2704         pd_entry_t newpde, oldpde;
2705         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2706         vm_paddr_t mptepa;
2707         vm_page_t mpte;
2708         struct spglist free;
2709         vm_offset_t sva;
2710
2711         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2712         oldpde = *pde;
2713         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2714             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2715         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2716             NULL) {
2717                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2718                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2719                     " is missing"));
2720
2721                 /*
2722                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2723                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2724                  * allocation of the new page table page fails.
2725                  */
2726                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2727                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2728                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2729                         SLIST_INIT(&free);
2730                         sva = trunc_4mpage(va);
2731                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2732                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2733                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2734                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2735                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2736                             " in pmap %p", va, pmap);
2737                         return (FALSE);
2738                 }
2739                 if (pmap != kernel_pmap)
2740                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2741         }
2742         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2743
2744         /*
2745          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2746          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2747          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2748          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2749          */
2750         if (pmap == kernel_pmap)
2751                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2752         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2753                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2754                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2755 #ifdef SMP
2756                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2757 #endif
2758                         invlcaddr(PADDR1);
2759                         PMAP1changed++;
2760                 } else
2761 #ifdef SMP
2762                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2763                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2764                         invlcaddr(PADDR1);
2765                         PMAP1changedcpu++;
2766                 } else
2767 #endif
2768                         PMAP1unchanged++;
2769                 firstpte = PADDR1;
2770         } else {
2771                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2772                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2773                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2774                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
2775                 }
2776                 firstpte = PADDR2;
2777         }
2778         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2779         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2780             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2781         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2782             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2783         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2784         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2785                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2786
2787         /*
2788          * If the page table page is new, initialize it.
2789          */
2790         if (mpte->wire_count == 1) {
2791                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2792                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2793         }
2794         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2795             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2796             " addresses"));
2797
2798         /*
2799          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2800          * entries.
2801          */ 
2802         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2803                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2804         
2805         /*
2806          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2807          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2808          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2809          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2810          * the read above and the store below. 
2811          */
2812         if (workaround_erratum383)
2813                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2814         else if (pmap == kernel_pmap)
2815                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2816         else
2817                 pde_store(pde, newpde); 
2818         if (firstpte == PADDR2)
2819                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2820
2821         /*
2822          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2823          */
2824         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2825
2826         /*
2827          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2828          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2829          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2830          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2831          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2832          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2833          * the 2mpage to referencing the page table page.
2834          */
2835         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2836                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2837
2838         pmap_pde_demotions++;
2839         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2840             " in pmap %p", va, pmap);
2841         return (TRUE);
2842 }
2843
2844 /*
2845  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2846  */
2847 static void
2848 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2849 {
2850         pd_entry_t newpde;
2851         vm_paddr_t mptepa;
2852         vm_page_t mpte;
2853
2854         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2855         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2856         if (mpte == NULL)
2857                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2858
2859         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2860         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2861
2862         /*
2863          * Initialize the page table page.
2864          */
2865         pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2866
2867         /*
2868          * Remove the mapping.
2869          */
2870         if (workaround_erratum383)
2871                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2872         else 
2873                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2874
2875         /*
2876          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2877          */
2878         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2879 }
2880
2881 /*
2882  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2883  */
2884 static void
2885 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2886     struct spglist *free)
2887 {
2888         struct md_page *pvh;
2889         pd_entry_t oldpde;
2890         vm_offset_t eva, va;
2891         vm_page_t m, mpte;
2892
2893         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2894         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2895             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2896         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2897         if (oldpde & PG_W)
2898                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2899
2900         /*
2901          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2902          * PG_G.
2903          */
2904         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2905                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2906
2907         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2908         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2909                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2910                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2911                 eva = sva + NBPDR;
2912                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2913                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2914                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2915                                 vm_page_dirty(m);
2916                         if (oldpde & PG_A)
2917                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2918                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2919                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2920                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2921                 }
2922         }
2923         if (pmap == kernel_pmap) {
2924                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
2925         } else {
2926                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2927                 if (mpte != NULL) {
2928                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2929                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2930                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2931                         mpte->wire_count = 0;
2932                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2933                 }
2934         }
2935 }
2936
2937 /*
2938  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2939  */
2940 static int
2941 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2942     struct spglist *free)
2943 {
2944         pt_entry_t oldpte;
2945         vm_page_t m;
2946
2947         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2948         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2949         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2950         KASSERT(oldpte != 0,
2951             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
2952         if (oldpte & PG_W)
2953                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2954         /*
2955          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2956          * PG_G.
2957          */
2958         if (oldpte & PG_G)
2959                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
2960         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2961         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2962                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2963                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2964                         vm_page_dirty(m);
2965                 if (oldpte & PG_A)
2966                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2967                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2968         }
2969         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
2970 }
2971
2972 /*
2973  * Remove a single page from a process address space
2974  */
2975 static void
2976 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2977 {
2978         pt_entry_t *pte;
2979
2980         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2981         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
2982         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2983         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
2984                 return;
2985         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
2986         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2987 }
2988
2989 /*
2990  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2991  *
2992  *      It is assumed that the start and end are properly
2993  *      rounded to the page size.
2994  */
2995 void
2996 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2997 {
2998         vm_offset_t pdnxt;
2999         pd_entry_t ptpaddr;
3000         pt_entry_t *pte;
3001         struct spglist free;
3002         int anyvalid;
3003
3004         /*
3005          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3006          */
3007         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3008                 return;
3009
3010         anyvalid = 0;
3011         SLIST_INIT(&free);
3012
3013         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3014         sched_pin();
3015         PMAP_LOCK(pmap);
3016
3017         /*
3018          * special handling of removing one page.  a very
3019          * common operation and easy to short circuit some
3020          * code.
3021          */
3022         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3023             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3024                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3025                 goto out;
3026         }
3027
3028         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3029                 u_int pdirindex;
3030
3031                 /*
3032                  * Calculate index for next page table.
3033                  */
3034                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3035                 if (pdnxt < sva)
3036                         pdnxt = eva;
3037                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3038                         break;
3039
3040                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3041                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3042
3043                 /*
3044                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3045                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3046                  */
3047                 if (ptpaddr == 0)
3048                         continue;
3049
3050                 /*
3051                  * Check for large page.
3052                  */
3053                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3054                         /*
3055                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3056                          * demote the mapping and fall through.
3057                          */
3058                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3059                                 /*
3060                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3061                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3062                                  */
3063                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3064                                         anyvalid = 1;
3065                                 pmap_remove_pde(pmap,
3066                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3067                                 continue;
3068                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3069                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3070                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3071                                 continue;
3072                         }
3073                 }
3074
3075                 /*
3076                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3077                  * by the current page table page, or to the end of the
3078                  * range being removed.
3079                  */
3080                 if (pdnxt > eva)
3081                         pdnxt = eva;
3082
3083                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3084                     sva += PAGE_SIZE) {
3085                         if (*pte == 0)
3086                                 continue;
3087
3088                         /*
3089                          * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated
3090                          * by pmap_remove_pte().
3091                          */
3092                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3093                                 anyvalid = 1;
3094                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &free))
3095                                 break;
3096                 }
3097         }
3098 out:
3099         sched_unpin();
3100         if (anyvalid)
3101                 pmap_invalidate_all(pmap);
3102         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3103         PMAP_UNLOCK(pmap);
3104         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3105 }
3106
3107 /*
3108  *      Routine:        pmap_remove_all
3109  *      Function:
3110  *              Removes this physical page from
3111  *              all physical maps in which it resides.
3112  *              Reflects back modify bits to the pager.
3113  *
3114  *      Notes:
3115  *              Original versions of this routine were very
3116  *              inefficient because they iteratively called
3117  *              pmap_remove (slow...)
3118  */
3119
3120 void
3121 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3122 {
3123         struct md_page *pvh;
3124         pv_entry_t pv;
3125         pmap_t pmap;
3126         pt_entry_t *pte, tpte;
3127         pd_entry_t *pde;
3128         vm_offset_t va;
3129         struct spglist free;
3130
3131         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3132             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3133         SLIST_INIT(&free);
3134         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3135         sched_pin();
3136         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3137                 goto small_mappings;
3138         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3139         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3140                 va = pv->pv_va;
3141                 pmap = PV_PMAP(pv);
3142                 PMAP_LOCK(pmap);
3143                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3144                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3145                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3146         }
3147 small_mappings:
3148         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3149                 pmap = PV_PMAP(pv);
3150                 PMAP_LOCK(pmap);
3151                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3152                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3153                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3154                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3155                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3156                 tpte = pte_load_clear(pte);
3157                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3158                     pmap, pv->pv_va));
3159                 if (tpte & PG_W)
3160                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3161                 if (tpte & PG_A)
3162                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3163
3164                 /*
3165                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3166                  */
3167                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3168                         vm_page_dirty(m);
3169                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3170                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3171                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3172                 free_pv_entry(pmap, pv);
3173                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3174         }
3175         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3176         sched_unpin();
3177         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3178         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3179 }
3180
3181 /*
3182  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3183  */
3184 static boolean_t
3185 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3186 {
3187         pd_entry_t newpde, oldpde;
3188         vm_offset_t eva, va;
3189         vm_page_t m;
3190         boolean_t anychanged;
3191
3192         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3193         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3194             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3195         anychanged = FALSE;
3196 retry:
3197         oldpde = newpde = *pde;
3198         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3199             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3200                 eva = sva + NBPDR;
3201                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3202                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3203                         vm_page_dirty(m);
3204         }
3205         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3206                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3207 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3208         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3209                 newpde |= pg_nx;
3210 #endif
3211         if (newpde != oldpde) {
3212                 /*
3213                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3214                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3215                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3216                  */
3217                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3218                         goto retry;
3219                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3220                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3221                 else
3222                         anychanged = TRUE;
3223         }
3224         return (anychanged);
3225 }
3226
3227 /*
3228  *      Set the physical protection on the
3229  *      specified range of this map as requested.
3230  */
3231 void
3232 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3233 {
3234         vm_offset_t pdnxt;
3235         pd_entry_t ptpaddr;
3236         pt_entry_t *pte;
3237         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3238
3239         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3240         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3241                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3242                 return;
3243         }
3244
3245 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3246         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3247             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3248                 return;
3249 #else
3250         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3251                 return;
3252 #endif
3253
3254         if (pmap_is_current(pmap))
3255                 pv_lists_locked = FALSE;
3256         else {
3257                 pv_lists_locked = TRUE;
3258 resume:
3259                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3260                 sched_pin();
3261         }
3262         anychanged = FALSE;
3263
3264         PMAP_LOCK(pmap);
3265         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3266                 pt_entry_t obits, pbits;
3267                 u_int pdirindex;
3268
3269                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3270                 if (pdnxt < sva)
3271                         pdnxt = eva;
3272
3273                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3274                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3275
3276                 /*
3277                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3278                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3279                  */
3280                 if (ptpaddr == 0)
3281                         continue;
3282
3283                 /*
3284                  * Check for large page.
3285                  */
3286                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3287                         /*
3288                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3289                          * demote the mapping and fall through.
3290                          */
3291                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3292                                 /*
3293                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3294                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3295                                  */
3296                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3297                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3298                                         anychanged = TRUE;
3299                                 continue;
3300                         } else {
3301                                 if (!pv_lists_locked) {
3302                                         pv_lists_locked = TRUE;
3303                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3304                                                 if (anychanged)
3305                                                         pmap_invalidate_all(
3306                                                             pmap);
3307                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3308                                                 goto resume;
3309                                         }
3310                                         sched_pin();
3311                                 }
3312                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3313                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3314                                         /*
3315                                          * The large page mapping was
3316                                          * destroyed.
3317                                          */
3318                                         continue;
3319                                 }
3320                         }
3321                 }
3322
3323                 if (pdnxt > eva)
3324                         pdnxt = eva;
3325
3326                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3327                     sva += PAGE_SIZE) {
3328                         vm_page_t m;
3329
3330 retry:
3331                         /*
3332                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3333                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3334                          * significant 32 bits.
3335                          */
3336                         obits = pbits = *pte;
3337                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3338                                 continue;
3339
3340                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3341                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3342                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3343                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3344                                         vm_page_dirty(m);
3345                                 }
3346                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3347                         }
3348 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3349                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3350                                 pbits |= pg_nx;
3351 #endif
3352
3353                         if (pbits != obits) {
3354 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3355                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3356                                         goto retry;
3357 #else
3358                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3359                                     pbits))
3360                                         goto retry;
3361 #endif
3362                                 if (obits & PG_G)
3363                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3364                                 else
3365                                         anychanged = TRUE;
3366                         }
3367                 }
3368         }
3369         if (anychanged)
3370                 pmap_invalidate_all(pmap);
3371         if (pv_lists_locked) {
3372                 sched_unpin();
3373                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3374         }
3375         PMAP_UNLOCK(pmap);
3376 }
3377
3378 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3379 /*
3380  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3381  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3382  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3383  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3384  * mappings must have identical characteristics.
3385  *
3386  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3387  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3388  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3389  * pmap.
3390  */
3391 static void
3392 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3393 {
3394         pd_entry_t newpde;
3395         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3396         vm_offset_t oldpteva;
3397         vm_page_t mpte;
3398
3399         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3400
3401         /*
3402          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3403          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3404          * within a 2- or 4MB page.
3405          */
3406         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3407 setpde:
3408         newpde = *firstpte;
3409         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3410                 pmap_pde_p_failures++;
3411                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3412                     " in pmap %p", va, pmap);
3413                 return;
3414         }
3415         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3416                 pmap_pde_p_failures++;
3417                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3418                     " in pmap %p", va, pmap);
3419                 return;
3420         }
3421         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3422                 /*
3423                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3424                  * a TLB invalidation.
3425                  */
3426                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3427                     ~PG_RW))  
3428                         goto setpde;
3429                 newpde &= ~PG_RW;
3430         }
3431
3432         /* 
3433          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3434          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3435          * characteristics to the first PTE.
3436          */
3437         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3438         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3439 setpte:
3440                 oldpte = *pte;
3441                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3442                         pmap_pde_p_failures++;
3443                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3444                             " in pmap %p", va, pmap);
3445                         return;
3446                 }
3447                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3448                         /*
3449                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3450                          * without a TLB invalidation.
3451                          */
3452                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3453                             oldpte & ~PG_RW))
3454                                 goto setpte;
3455                         oldpte &= ~PG_RW;
3456                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3457                             (va & ~PDRMASK);
3458                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3459                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3460                 }
3461                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3462                         pmap_pde_p_failures++;
3463                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3464                             " in pmap %p", va, pmap);
3465                         return;
3466                 }
3467                 pa -= PAGE_SIZE;
3468         }
3469
3470         /*
3471          * Save the page table page in its current state until the PDE
3472          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3473          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3474          */
3475         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3476         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3477             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3478             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3479         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3480             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3481         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
3482                 pmap_pde_p_failures++;
3483                 CTR2(KTR_PMAP,
3484                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3485                     pmap);
3486                 return;
3487         }
3488
3489         /*
3490          * Promote the pv entries.
3491          */
3492         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3493                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3494
3495         /*
3496          * Propagate the PAT index to its proper position.
3497          */
3498         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3499                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3500
3501         /*
3502          * Map the superpage.
3503          */
3504         if (workaround_erratum383)
3505                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3506         else if (pmap == kernel_pmap)
3507                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3508         else
3509                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3510
3511         pmap_pde_promotions++;
3512         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3513             " in pmap %p", va, pmap);
3514 }
3515 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3516
3517 /*
3518  *      Insert the given physical page (p) at
3519  *      the specified virtual address (v) in the
3520  *      target physical map with the protection requested.
3521  *
3522  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3523  *      that the related pte can not be reclaimed.
3524  *
3525  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3526  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3527  *      insert this page into the given map NOW.
3528  */
3529 int
3530 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3531     u_int flags, int8_t psind)
3532 {
3533         pd_entry_t *pde;
3534         pt_entry_t *pte;
3535         pt_entry_t newpte, origpte;
3536         pv_entry_t pv;
3537         vm_paddr_t opa, pa;
3538         vm_page_t mpte, om;
3539         boolean_t invlva, wired;
3540
3541         va = trunc_page(va);
3542         mpte = NULL;
3543         wired = (flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0;
3544
3545         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3546             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3547             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3548         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3549             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3550             va));
3551         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3552                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3553
3554         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3555         PMAP_LOCK(pmap);
3556         sched_pin();
3557
3558         pde = pmap_pde(pmap, va);
3559         if (pmap != kernel_pmap) {
3560                 /*
3561                  * va is for UVA.
3562                  * In the case that a page table page is not resident,
3563                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3564                  * demotion.
3565                  */
3566                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3567                 if (mpte == NULL) {
3568                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3569                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3570                         sched_unpin();
3571                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3572                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3573                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3574                 }
3575         } else {
3576                 /*
3577                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3578                  * to install a page table page.  PG_V is also
3579                  * asserted by pmap_demote_pde().
3580                  */
3581                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3582                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3583                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3584                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3585                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3586         }
3587         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3588
3589         /*
3590          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3591          * happen.  We should have either allocated the page table
3592          * page or demoted the existing mapping above.
3593          */
3594         if (pte == NULL) {
3595                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3596                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3597         }
3598
3599         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3600         om = NULL;
3601         origpte = *pte;
3602         opa = origpte & PG_FRAME;
3603
3604         /*
3605          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3606          */
3607         if (origpte && (opa == pa)) {
3608                 /*
3609                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3610                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3611                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3612                  * the PT page will be also.
3613                  */
3614                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3615                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3616                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3617                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3618
3619                 /*
3620                  * Remove extra pte reference
3621                  */
3622                 if (mpte)
3623                         mpte->wire_count--;
3624
3625                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3626                         om = m;
3627                         pa |= PG_MANAGED;
3628                 }
3629                 goto validate;
3630         } 
3631
3632         pv = NULL;
3633
3634         /*
3635          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3636          * handle validating new mapping.
3637          */
3638         if (opa) {
3639                 if (origpte & PG_W)
3640                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3641                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3642                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3643                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3644                 }
3645                 if (mpte != NULL) {
3646                         mpte->wire_count--;
3647                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3648                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3649                              " va: 0x%x", va));
3650                 }
3651         } else
3652                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3653
3654         /*
3655          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3656          */
3657         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3658                 KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
3659                     va >= kmi.clean_eva,
3660                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3661                 if (pv == NULL)
3662                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3663                 pv->pv_va = va;
3664                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3665                 pa |= PG_MANAGED;
3666         } else if (pv != NULL)
3667                 free_pv_entry(pmap, pv);
3668
3669         /*
3670          * Increment counters
3671          */
3672         if (wired)
3673                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3674
3675 validate:
3676         /*
3677          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3678          */
3679         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3680         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3681                 newpte |= PG_RW;
3682                 if ((newpte & PG_MANAGED) != 0)
3683                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3684         }
3685 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3686         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3687                 newpte |= pg_nx;
3688 #endif
3689         if (wired)
3690                 newpte |= PG_W;
3691         if (pmap != kernel_pmap)
3692                 newpte |= PG_U;
3693
3694         /*
3695          * if the mapping or permission bits are different, we need
3696          * to update the pte.
3697          */
3698         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3699                 newpte |= PG_A;
3700                 if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3701                         newpte |= PG_M;
3702                 if (origpte & PG_V) {
3703                         invlva = FALSE;
3704                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3705                         if (origpte & PG_A) {
3706                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3707                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3708                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m))
3709                                         invlva = TRUE;
3710 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3711                                 if ((origpte & PG_NX) == 0 &&
3712                                     (newpte & PG_NX) != 0)
3713                                         invlva = TRUE;
3714 #endif
3715                         }
3716                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3717                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3718                                         vm_page_dirty(om);
3719                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3720                                         invlva = TRUE;
3721                         }
3722                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3723                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3724                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3725                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3726                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3727                         if (invlva)
3728                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3729                 } else
3730                         pte_store(pte, newpte);
3731         }
3732
3733 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3734         /*
3735          * If both the page table page and the reservation are fully
3736          * populated, then attempt promotion.
3737          */
3738         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3739             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3740             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3741                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3742 #endif
3743
3744         sched_unpin();
3745         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3746         PMAP_UNLOCK(pmap);
3747         return (KERN_SUCCESS);
3748 }
3749
3750 /*
3751  * Tries to create a 2- or 4MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
3752  * FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3753  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3754  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3755  */
3756 static boolean_t
3757 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3758 {
3759         pd_entry_t *pde, newpde;
3760
3761         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3762         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3763         pde = pmap_pde(pmap, va);
3764         if (*pde != 0) {
3765                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3766                     " in pmap %p", va, pmap);
3767                 return (FALSE);
3768         }
3769         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3770             PG_PS | PG_V;
3771         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3772                 newpde |= PG_MANAGED;
3773
3774                 /*
3775                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3776                  */
3777                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3778                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3779                             " in pmap %p", va, pmap);
3780                         return (FALSE);
3781                 }
3782         }
3783 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3784         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3785                 newpde |= pg_nx;
3786 #endif
3787         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3788                 newpde |= PG_U;
3789
3790         /*
3791          * Increment counters.
3792          */
3793         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3794
3795         /*
3796          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
3797          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
3798          */
3799         pde_store(pde, newpde);
3800
3801         pmap_pde_mappings++;
3802         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3803             " in pmap %p", va, pmap);
3804         return (TRUE);
3805 }
3806
3807 /*
3808  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3809  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3810  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3811  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3812  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3813  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3814  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3815  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3816  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3817  * corresponding offset from m_start are mapped.
3818  */
3819 void
3820 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3821     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3822 {
3823         vm_offset_t va;
3824         vm_page_t m, mpte;
3825         vm_pindex_t diff, psize;
3826
3827         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3828
3829         psize = atop(end - start);
3830         mpte = NULL;
3831         m = m_start;
3832         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3833         PMAP_LOCK(pmap);
3834         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3835                 va = start + ptoa(diff);
3836                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3837                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
3838                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3839                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3840                 else
3841                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3842                             mpte);
3843                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3844         }
3845         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3846         PMAP_UNLOCK(pmap);
3847 }
3848
3849 /*
3850  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3851  * 1. Current pmap & pmap exists.
3852  * 2. Not wired.
3853  * 3. Read access.
3854  * 4. No page table pages.
3855  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3856  */
3857
3858 void
3859 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3860 {
3861
3862         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3863         PMAP_LOCK(pmap);
3864         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3865         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3866         PMAP_UNLOCK(pmap);
3867 }
3868
3869 static vm_page_t
3870 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3871     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3872 {
3873         pt_entry_t *pte;
3874         vm_paddr_t pa;
3875         struct spglist free;
3876
3877         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
3878             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3879             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3880         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3881         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3882
3883         /*
3884          * In the case that a page table page is not
3885          * resident, we are creating it here.
3886          */
3887         if (pmap != kernel_pmap) {
3888                 u_int ptepindex;
3889                 pd_entry_t ptepa;
3890
3891                 /*
3892                  * Calculate pagetable page index
3893                  */
3894                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
3895                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3896                         mpte->wire_count++;
3897                 } else {
3898                         /*
3899                          * Get the page directory entry
3900                          */
3901                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
3902
3903                         /*
3904                          * If the page table page is mapped, we just increment
3905                          * the hold count, and activate it.
3906                          */
3907                         if (ptepa) {
3908                                 if (ptepa & PG_PS)
3909                                         return (NULL);
3910                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
3911                                 mpte->wire_count++;
3912                         } else {
3913                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3914                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
3915                                 if (mpte == NULL)
3916                                         return (mpte);
3917                         }
3918                 }
3919         } else {
3920                 mpte = NULL;
3921         }
3922
3923         /* XXXKIB: pmap_pte_quick() instead ? */
3924         pte = pmap_pte(pmap, va);
3925         if (*pte) {
3926                 if (mpte != NULL) {
3927                         mpte->wire_count--;
3928                         mpte = NULL;
3929                 }
3930                 pmap_pte_release(pte);
3931                 return (mpte);
3932         }
3933
3934         /*
3935          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3936          */
3937         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3938             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3939                 if (mpte != NULL) {
3940                         SLIST_INIT(&free);
3941                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
3942                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3943                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3944                         }
3945                         
3946                         mpte = NULL;
3947                 }
3948                 pmap_pte_release(pte);
3949                 return (mpte);
3950         }
3951
3952         /*
3953          * Increment counters
3954          */
3955         pmap->pm_stats.resident_count++;
3956
3957         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3958 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3959         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3960                 pa |= pg_nx;
3961 #endif
3962
3963         /*
3964          * Now validate mapping with RO protection
3965          */
3966         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3967                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3968         else
3969                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3970         pmap_pte_release(pte);
3971         return (mpte);
3972 }
3973
3974 /*
3975  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3976  * to be used for panic dumps.
3977  */
3978 void *
3979 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3980 {
3981         vm_offset_t va;
3982
3983         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3984         pmap_kenter(va, pa);
3985         invlpg(va);
3986         return ((void *)crashdumpmap);
3987 }
3988
3989 /*
3990  * This code maps large physical mmap regions into the
3991  * processor address space.  Note that some shortcuts
3992  * are taken, but the code works.
3993  */
3994 void
3995 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3996     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3997 {
3998         pd_entry_t *pde;
3999         vm_paddr_t pa, ptepa;
4000         vm_page_t p;
4001         int pat_mode;
4002
4003         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4004         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4005             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4006         if (pseflag && 
4007             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4008                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4009                         return;
4010                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4011                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4012                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4013                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4014
4015                 /*
4016                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4017                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4018                  */
4019                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4020                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4021                         return;
4022
4023                 /*
4024                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4025                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4026                  * memory attributes.
4027                  */
4028                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4029                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4030                     pa += PAGE_SIZE) {
4031                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4032                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4033                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4034                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4035                                 return;
4036                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4037                 }
4038
4039                 /*
4040                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4041                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4042                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4043                  */
4044                 PMAP_LOCK(pmap);
4045                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
4046                     size; pa += NBPDR) {
4047                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4048                         if (*pde == 0) {
4049                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4050                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4051                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4052                                     PAGE_SIZE;
4053                                 pmap_pde_mappings++;
4054                         }
4055                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4056                         addr += NBPDR;
4057                 }
4058                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4059         }
4060 }
4061
4062 /*
4063  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4064  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4065  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4066  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4067  *
4068  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4069  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4070  */
4071 void
4072 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4073 {
4074         vm_offset_t pdnxt;
4075         pd_entry_t *pde;
4076         pt_entry_t *pte;
4077         boolean_t pv_lists_locked;
4078
4079         if (pmap_is_current(pmap))
4080                 pv_lists_locked = FALSE;
4081         else {
4082                 pv_lists_locked = TRUE;
4083 resume:
4084                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4085                 sched_pin();
4086         }
4087         PMAP_LOCK(pmap);
4088         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4089                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4090                 if (pdnxt < sva)
4091                         pdnxt = eva;
4092                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4093                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4094                         continue;
4095                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4096                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4097                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4098                                     (uintmax_t)*pde);
4099
4100                         /*
4101                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4102                          * demote the mapping and fall through.
4103                          */
4104                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4105                                 /*
4106                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4107                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4108                                  * significant 32 bits.
4109                                  */
4110                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4111                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4112                                     PAGE_SIZE;
4113                                 continue;
4114                         } else {
4115                                 if (!pv_lists_locked) {
4116                                         pv_lists_locked = TRUE;
4117                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4118                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4119                                                 /* Repeat sva. */
4120                                                 goto resume;
4121                                         }
4122                                         sched_pin();
4123                                 }
4124                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4125                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4126                         }
4127                 }
4128                 if (pdnxt > eva)
4129                         pdnxt = eva;
4130                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4131                     sva += PAGE_SIZE) {
4132                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4133                                 continue;
4134                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4135                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4136                                     (uintmax_t)*pte);
4137
4138                         /*
4139                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4140                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4141                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4142                          *
4143                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4144                          */
4145                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4146                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4147                 }
4148         }
4149         if (pv_lists_locked) {
4150                 sched_unpin();
4151                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4152         }
4153         PMAP_UNLOCK(pmap);
4154 }
4155
4156
4157 /*
4158  *      Copy the range specified by src_addr/len
4159  *      from the source map to the range dst_addr/len
4160  *      in the destination map.
4161  *
4162  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4163  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4164  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4165  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4166  *      world.
4167  */
4168
4169 void
4170 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4171     vm_offset_t src_addr)
4172 {
4173 }
4174
4175 /*
4176  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4177  */
4178 static __inline void
4179 pagezero(void *page)
4180 {
4181 #if defined(I686_CPU)
4182         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4183                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4184                         sse2_pagezero(page);
4185                 else
4186                         i686_pagezero(page);
4187         } else
4188 #endif
4189                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4190 }
4191
4192 /*
4193  * Zero the specified hardware page.
4194  */
4195 void
4196 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4197 {
4198         pt_entry_t *cmap_pte2;
4199         struct pcpu *pc;
4200
4201         sched_pin();
4202         pc = get_pcpu();
4203         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4204         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4205         if (*cmap_pte2)
4206                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4207         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4208             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4209         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4210         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4211         *cmap_pte2 = 0;
4212
4213         /*
4214          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4215          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4216          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4217          */
4218         sched_unpin();
4219         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4220 }
4221
4222 /*
4223  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4224  * cover an area beyond a single hardware page.
4225  */
4226 void
4227 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4228 {
4229         pt_entry_t *cmap_pte2;
4230         struct pcpu *pc;
4231
4232         sched_pin();
4233         pc = get_pcpu();
4234         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4235         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4236         if (*cmap_pte2)
4237                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4238         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4239             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4240         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4241         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4242                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4243         else
4244                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4245         *cmap_pte2 = 0;
4246         sched_unpin();
4247         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4248 }
4249
4250 /*
4251  * Copy 1 specified hardware page to another.
4252  */
4253 void
4254 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4255 {
4256         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4257         struct pcpu *pc;
4258
4259         sched_pin();
4260         pc = get_pcpu();
4261         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4262         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4263         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4264         if (*cmap_pte1)
4265                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4266         if (*cmap_pte2)
4267                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4268         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4269             pmap_cache_bits(src->md.pat_mode, 0);
4270         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4271         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4272             pmap_cache_bits(dst->md.pat_mode, 0);
4273         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4274         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4275         *cmap_pte1 = 0;
4276         *cmap_pte2 = 0;
4277         sched_unpin();
4278         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4279 }
4280
4281 int unmapped_buf_allowed = 1;
4282
4283 void
4284 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4285     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4286 {
4287         vm_page_t a_pg, b_pg;
4288         char *a_cp, *b_cp;
4289         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4290         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4291         struct pcpu *pc;
4292         int cnt;
4293
4294         sched_pin();
4295         pc = get_pcpu();
4296         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4297         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4298         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4299         if (*cmap_pte1 != 0)
4300                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4301         if (*cmap_pte2 != 0)
4302                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4303         while (xfersize > 0) {
4304                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4305                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4306                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4307                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4308                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4309                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4310                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4311                     pmap_cache_bits(a_pg->md.pat_mode, 0);
4312                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4313                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4314                     PG_M | pmap_cache_bits(b_pg->md.pat_mode, 0);
4315                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4316                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4317                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4318                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4319                 a_offset += cnt;
4320                 b_offset += cnt;
4321                 xfersize -= cnt;
4322         }
4323         *cmap_pte1 = 0;
4324         *cmap_pte2 = 0;
4325         sched_unpin();
4326         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4327 }
4328
4329 /*
4330  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4331  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4332  * be changed upwards or downwards in the future; it
4333  * is only necessary that true be returned for a small
4334  * subset of pmaps for proper page aging.
4335  */
4336 boolean_t
4337 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4338 {
4339         struct md_page *pvh;
4340         pv_entry_t pv;
4341         int loops = 0;
4342         boolean_t rv;
4343
4344         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4345             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4346         rv = FALSE;
4347         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4348         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4349                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4350                         rv = TRUE;
4351                         break;
4352                 }
4353                 loops++;
4354                 if (loops >= 16)
4355                         break;
4356         }
4357         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4358                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4359                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4360                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4361                                 rv = TRUE;
4362                                 break;
4363                         }
4364                         loops++;
4365                         if (loops >= 16)
4366                                 break;
4367                 }
4368         }
4369         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4370         return (rv);
4371 }
4372
4373 /*
4374  *      pmap_page_wired_mappings:
4375  *
4376  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4377  *      that are wired.
4378  */
4379 int
4380 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4381 {
4382         int count;
4383
4384         count = 0;
4385         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4386                 return (count);
4387         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4388         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4389         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4390             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4391                 count);
4392         }
4393         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4394         return (count);
4395 }
4396
4397 /*
4398  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4399  *
4400  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4401  */
4402 static int
4403 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4404 {
4405         pmap_t pmap;
4406         pt_entry_t *pte;
4407         pv_entry_t pv;
4408
4409         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4410         sched_pin();
4411         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4412                 pmap = PV_PMAP(pv);
4413                 PMAP_LOCK(pmap);
4414                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4415                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4416                         count++;
4417                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4418         }
4419         sched_unpin();
4420         return (count);
4421 }
4422
4423 /*
4424  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4425  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4426  */
4427 boolean_t
4428 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4429 {
4430         boolean_t rv;
4431
4432         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4433                 return (FALSE);
4434         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4435         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4436             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4437             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4438         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4439         return (rv);
4440 }
4441
4442 /*
4443  * Remove all pages from specified address space
4444  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4445  * is special cased for current process only, but
4446  * can have the more generic (and slightly slower)
4447  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4448  * in the case of running down an entire address space.
4449  */
4450 void
4451 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4452 {
4453         pt_entry_t *pte, tpte;
4454         vm_page_t m, mpte, mt;
4455         pv_entry_t pv;
4456         struct md_page *pvh;
4457         struct pv_chunk *pc, *npc;
4458         struct spglist free;
4459         int field, idx;
4460         int32_t bit;
4461         uint32_t inuse, bitmask;
4462         int allfree;
4463
4464         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4465                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4466                 return;
4467         }
4468         SLIST_INIT(&free);
4469         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4470         PMAP_LOCK(pmap);
4471         sched_pin();
4472         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4473                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4474                     pc->pc_pmap));
4475                 allfree = 1;
4476                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4477                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4478                         while (inuse != 0) {
4479                                 bit = bsfl(inuse);
4480                                 bitmask = 1UL << bit;
4481                                 idx = field * 32 + bit;
4482                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4483                                 inuse &= ~bitmask;
4484
4485                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4486                                 tpte = *pte;
4487                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4488                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4489                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4490                                 }
4491
4492                                 if (tpte == 0) {
4493                                         printf(
4494                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4495                                             pte, pv->pv_va);
4496                                         panic("bad pte");
4497                                 }
4498
4499 /*
4500  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4501  */
4502                                 if (tpte & PG_W) {
4503                                         allfree = 0;
4504                                         continue;
4505                                 }
4506
4507                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4508                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4509                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4510                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4511                                     (uintmax_t)tpte));
4512
4513                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4514                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4515                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4516                                     (uintmax_t)tpte));
4517
4518                                 pte_clear(pte);
4519
4520                                 /*
4521                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4522                                  */
4523                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4524                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4525                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4526                                                         vm_page_dirty(mt);
4527                                         } else
4528                                                 vm_page_dirty(m);
4529                                 }
4530
4531                                 /* Mark free */
4532                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4533                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4534                                 pv_entry_count--;
4535                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4536                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4537                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4538                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4539                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4540                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4541                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4542                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4543                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4544                                         }
4545                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4546                                         if (mpte != NULL) {
4547                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4548                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4549                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4550                                                 mpte->wire_count = 0;
4551                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4552                                         }
4553                                 } else {
4554                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4555                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4556                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4557                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4558                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4559                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4560                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4561                                         }
4562                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4563                                 }
4564                         }
4565                 }
4566                 if (allfree) {
4567                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4568                         free_pv_chunk(pc);
4569                 }
4570         }
4571         sched_unpin();
4572         pmap_invalidate_all(pmap);
4573         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4574         PMAP_UNLOCK(pmap);
4575         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4576 }
4577
4578 /*
4579  *      pmap_is_modified:
4580  *
4581  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4582  *      in any physical maps.
4583  */
4584 boolean_t
4585 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4586 {
4587         boolean_t rv;
4588
4589         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4590             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4591
4592         /*
4593          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4594          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4595          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4596          */
4597         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4598         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4599                 return (FALSE);
4600         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4601         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4602             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4603             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4604         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4605         return (rv);
4606 }
4607
4608 /*
4609  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4610  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4611  * mappings are supported.
4612  */
4613 static boolean_t
4614 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4615 {
4616         pv_entry_t pv;
4617         pt_entry_t *pte;
4618         pmap_t pmap;
4619         boolean_t rv;
4620
4621         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4622         rv = FALSE;
4623         sched_pin();
4624         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4625                 pmap = PV_PMAP(pv);
4626                 PMAP_LOCK(pmap);
4627                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4628                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4629                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4630                 if (rv)
4631                         break;
4632         }
4633         sched_unpin();
4634         return (rv);
4635 }
4636
4637 /*
4638  *      pmap_is_prefaultable:
4639  *
4640  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4641  *      for prefault.
4642  */
4643 boolean_t
4644 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4645 {
4646         pd_entry_t *pde;
4647         pt_entry_t *pte;
4648         boolean_t rv;
4649
4650         rv = FALSE;
4651         PMAP_LOCK(pmap);
4652         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4653         if (*pde != 0 && (*pde & PG_PS) == 0) {
4654                 pte = pmap_pte(pmap, addr);
4655                 if (pte != NULL)
4656                         rv = *pte == 0;
4657                 pmap_pte_release(pte);
4658         }
4659         PMAP_UNLOCK(pmap);
4660         return (rv);
4661 }
4662
4663 /*
4664  *      pmap_is_referenced:
4665  *
4666  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4667  *      in any physical maps.
4668  */
4669 boolean_t
4670 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4671 {
4672         boolean_t rv;
4673
4674         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4675             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4676         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4677         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4678             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4679             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4680         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4681         return (rv);
4682 }
4683
4684 /*
4685  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4686  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4687  */
4688 static boolean_t
4689 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4690 {
4691         pv_entry_t pv;
4692         pt_entry_t *pte;
4693         pmap_t pmap;
4694         boolean_t rv;
4695
4696         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4697         rv = FALSE;
4698         sched_pin();
4699         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4700                 pmap = PV_PMAP(pv);
4701                 PMAP_LOCK(pmap);
4702                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4703                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4704                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4705                 if (rv)
4706                         break;
4707         }
4708         sched_unpin();
4709         return (rv);
4710 }
4711
4712 /*
4713  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4714  */
4715 void
4716 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4717 {
4718         struct md_page *pvh;
4719         pv_entry_t next_pv, pv;
4720         pmap_t pmap;
4721         pd_entry_t *pde;
4722         pt_entry_t oldpte, *pte;
4723         vm_offset_t va;
4724
4725         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4726             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4727
4728         /*
4729          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4730          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4731          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4732          */
4733         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4734         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4735                 return;
4736         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4737         sched_pin();
4738         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4739                 goto small_mappings;
4740         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4741         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4742                 va = pv->pv_va;
4743                 pmap = PV_PMAP(pv);
4744                 PMAP_LOCK(pmap);
4745                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4746                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4747                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4748                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4749         }
4750 small_mappings:
4751         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4752                 pmap = PV_PMAP(pv);
4753                 PMAP_LOCK(pmap);
4754                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4755                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4756                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4757                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4758 retry:
4759                 oldpte = *pte;
4760                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
4761                         /*
4762                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4763                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4764                          * significant 32 bits.
4765                          */
4766                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
4767                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
4768                                 goto retry;
4769                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4770                                 vm_page_dirty(m);
4771                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4772                 }
4773                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4774         }
4775         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4776         sched_unpin();
4777         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4778 }
4779
4780 /*
4781  *      pmap_ts_referenced:
4782  *
4783  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4784  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4785  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4786  *      reference bits set.
4787  *
4788  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4789  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4790  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4791  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4792  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4793  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4794  *      to pmap_is_modified().
4795  */
4796 int
4797 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4798 {
4799         struct md_page *pvh;
4800         pv_entry_t pv, pvf;
4801         pmap_t pmap;
4802         pd_entry_t *pde;
4803         pt_entry_t *pte;
4804         vm_paddr_t pa;
4805         int rtval = 0;
4806
4807         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4808             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4809         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4810         pvh = pa_to_pvh(pa);
4811         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4812         sched_pin();
4813         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4814             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4815                 goto small_mappings;
4816         pv = pvf;
4817         do {
4818                 pmap = PV_PMAP(pv);
4819                 PMAP_LOCK(pmap);
4820                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4821                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4822                         /*
4823                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
4824                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4825                          * we only update the 4KB page under test.
4826                          */
4827                         vm_page_dirty(m);
4828                 }
4829                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
4830                         /*
4831                          * Since this reference bit is shared by either 1024
4832                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
4833                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
4834                          * on the physical page number, the virtual superpage
4835                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
4836                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
4837                          * reference bit will result in clearing that bit.
4838                          * This function is designed to avoid the selection of
4839                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
4840                          *
4841                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4842                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4843                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4844                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4845                          * since the superpage is wired, the current state of
4846                          * its reference bit won't affect page replacement.
4847                          */
4848                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
4849                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
4850                             (*pde & PG_W) == 0) {
4851                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
4852                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4853                         }
4854                         rtval++;
4855                 }
4856                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4857                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4858                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4859                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4860                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4861                 }
4862                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4863                         goto out;
4864         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4865 small_mappings:
4866         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4867                 goto out;
4868         pv = pvf;
4869         do {
4870                 pmap = PV_PMAP(pv);
4871                 PMAP_LOCK(pmap);
4872                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4873                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
4874                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
4875                     m));
4876                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4877                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4878                         vm_page_dirty(m);
4879                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
4880                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4881                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4882                         rtval++;
4883                 }
4884                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4885                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4886                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4887                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4888                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4889                 }
4890         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
4891             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4892 out:
4893         sched_unpin();
4894         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4895         return (rtval);
4896 }
4897
4898 /*
4899  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4900  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4901  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4902  */
4903 void
4904 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4905 {
4906         pd_entry_t oldpde, *pde;
4907         pt_entry_t *pte;
4908         vm_offset_t va, pdnxt;
4909         vm_page_t m;
4910         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
4911
4912         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
4913                 return;
4914         if (pmap_is_current(pmap))
4915                 pv_lists_locked = FALSE;
4916         else {
4917                 pv_lists_locked = TRUE;
4918 resume:
4919                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4920                 sched_pin();
4921         }
4922         anychanged = FALSE;
4923         PMAP_LOCK(pmap);
4924         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4925                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4926                 if (pdnxt < sva)
4927                         pdnxt = eva;
4928                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4929                 oldpde = *pde;
4930                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
4931                         continue;
4932                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4933                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
4934                                 continue;
4935                         if (!pv_lists_locked) {
4936                                 pv_lists_locked = TRUE;
4937                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4938                                         if (anychanged)
4939                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
4940                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4941                                         goto resume;
4942                                 }
4943                                 sched_pin();
4944                         }
4945                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4946                                 /*
4947                                  * The large page mapping was destroyed.
4948                                  */
4949                                 continue;
4950                         }
4951
4952                         /*
4953                          * Unless the page mappings are wired, remove the
4954                          * mapping to a single page so that a subsequent
4955                          * access may repromote.  Since the underlying page
4956                          * table page is fully populated, this removal never
4957                          * frees a page table page.
4958                          */
4959                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4960                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, sva);
4961                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
4962                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
4963                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, NULL);
4964                                 anychanged = TRUE;
4965                         }
4966                 }
4967                 if (pdnxt > eva)
4968                         pdnxt = eva;
4969                 va = pdnxt;
4970                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4971                     sva += PAGE_SIZE) {
4972                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
4973                                 goto maybe_invlrng;
4974                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4975                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
4976                                         /*
4977                                          * Future calls to pmap_is_modified()
4978                                          * can be avoided by making the page
4979                                          * dirty now.
4980                                          */
4981                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4982                                         vm_page_dirty(m);
4983                                 }
4984                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
4985                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
4986                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4987                         else
4988                                 goto maybe_invlrng;
4989                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
4990                                 if (va == pdnxt)
4991                                         va = sva;
4992                         } else
4993                                 anychanged = TRUE;
4994                         continue;
4995 maybe_invlrng:
4996                         if (va != pdnxt) {
4997                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4998                                 va = pdnxt;
4999                         }
5000                 }
5001                 if (va != pdnxt)
5002                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5003         }
5004         if (anychanged)
5005                 pmap_invalidate_all(pmap);
5006         if (pv_lists_locked) {
5007                 sched_unpin();
5008                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5009         }
5010         PMAP_UNLOCK(pmap);
5011 }
5012
5013 /*
5014  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5015  */
5016 void
5017 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5018 {
5019         struct md_page *pvh;
5020         pv_entry_t next_pv, pv;
5021         pmap_t pmap;
5022         pd_entry_t oldpde, *pde;
5023         pt_entry_t oldpte, *pte;
5024         vm_offset_t va;
5025
5026         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5027             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5028         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5029         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5030             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5031
5032         /*
5033          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5034          * If the object containing the page is locked and the page is not
5035          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5036          */
5037         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5038                 return;
5039         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5040         sched_pin();
5041         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5042                 goto small_mappings;
5043         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5044         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5045                 va = pv->pv_va;
5046                 pmap = PV_PMAP(pv);
5047                 PMAP_LOCK(pmap);
5048                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5049                 oldpde = *pde;
5050                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5051                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
5052                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5053                                         /*
5054                                          * Write protect the mapping to a
5055                                          * single page so that a subsequent
5056                                          * write access may repromote.
5057                                          */
5058                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5059                                             PG_PS_FRAME);
5060                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5061                                         oldpte = *pte;
5062                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
5063                                                 /*
5064                                                  * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5065                                                  * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5066                                                  * significant 32 bits.
5067                                                  */
5068                                                 while (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte,
5069                                                     oldpte,
5070                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
5071                                                         oldpte = *pte;
5072                                                 vm_page_dirty(m);
5073                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5074                                         }
5075                                 }
5076                         }
5077                 }
5078                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5079         }
5080 small_mappings:
5081         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5082                 pmap = PV_PMAP(pv);
5083                 PMAP_LOCK(pmap);
5084                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5085                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5086                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5087                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5088                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5089                         /*
5090                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5091                          * in size, PG_M is among the least significant
5092                          * 32 bits. 
5093                          */
5094                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5095                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5096                 }
5097                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5098         }
5099         sched_unpin();
5100         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5101 }
5102
5103 /*
5104  * Miscellaneous support routines follow
5105  */
5106
5107 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5108 static __inline void
5109 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5110 {
5111         u_int opte, npte;
5112
5113         /*
5114          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5115          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5116          */
5117         do {
5118                 opte = *(u_int *)pte;
5119                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5120                 npte |= cache_bits;
5121         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5122 }
5123
5124 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5125 static __inline void
5126 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5127 {
5128         u_int opde, npde;
5129
5130         /*
5131          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5132          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5133          */
5134         do {
5135                 opde = *(u_int *)pde;
5136                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5137                 npde |= cache_bits;
5138         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5139 }
5140
5141 /*
5142  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5143  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5144  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5145  * NOT real memory.
5146  */
5147 void *
5148 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5149 {
5150         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5151         vm_offset_t va, offset;
5152         vm_size_t tmpsize;
5153         int i;
5154
5155         offset = pa & PAGE_MASK;
5156         size = round_page(offset + size);
5157         pa = pa & PG_FRAME;
5158
5159         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW)
5160                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5161         else if (!pmap_initialized) {
5162                 va = 0;
5163                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5164                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5165                         if (ppim->va == 0) {
5166                                 ppim->pa = pa;
5167                                 ppim->sz = size;
5168                                 ppim->mode = mode;
5169                                 ppim->va = virtual_avail;
5170                                 virtual_avail += size;
5171                                 va = ppim->va;
5172                                 break;
5173                         }
5174                 }
5175                 if (va == 0)
5176                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5177         } else {
5178                 /*
5179                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5180                  */
5181                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5182                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5183                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5184                             ppim->mode == mode)
5185                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5186                 }
5187                 va = kva_alloc(size);
5188                 if (va == 0)
5189                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5190         }
5191         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5192                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5193         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5194         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size, FALSE);
5195         return ((void *)(va + offset));
5196 }
5197
5198 void *
5199 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5200 {
5201
5202         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5203 }
5204
5205 void *
5206 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5207 {
5208
5209         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5210 }
5211
5212 void
5213 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5214 {
5215         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5216         vm_offset_t offset;
5217         int i;
5218
5219         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5220                 return;
5221         offset = va & PAGE_MASK;
5222         size = round_page(offset + size);
5223         va = trunc_page(va);
5224         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5225                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5226                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5227                         if (pmap_initialized)
5228                                 return;
5229                         ppim->pa = 0;
5230                         ppim->va = 0;
5231                         ppim->sz = 0;
5232                         ppim->mode = 0;
5233                         if (va + size == virtual_avail)
5234                                 virtual_avail = va;
5235                         return;
5236                 }
5237         }
5238         if (pmap_initialized)
5239                 kva_free(va, size);
5240 }
5241
5242 /*
5243  * Sets the memory attribute for the specified page.
5244  */
5245 void
5246 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5247 {
5248
5249         m->md.pat_mode = ma;
5250         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5251                 return;
5252
5253         /*
5254          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5255          * See pmap_invalidate_cache_range().
5256          *
5257          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5258          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5259          * flushes the cache.
5260          */    
5261         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5262                 return;
5263
5264         /*
5265          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5266          * support self snoop, map the page transient and do
5267          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5268          * pmap_invalidate_cache_range().
5269          */
5270         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5271                 pmap_flush_page(m);
5272 }
5273
5274 static void
5275 pmap_flush_page(vm_page_t m)
5276 {
5277         pt_entry_t *cmap_pte2;
5278         struct pcpu *pc;
5279         vm_offset_t sva, eva;
5280         bool useclflushopt;
5281
5282         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5283         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5284                 sched_pin();
5285                 pc = get_pcpu();
5286                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5287                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5288                 if (*cmap_pte2)
5289                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5290                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5291                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
5292                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5293                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5294                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5295
5296                 /*
5297                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5298                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5299                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5300                  * any other instruction.
5301                  */
5302                 if (useclflushopt)
5303                         sfence();
5304                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5305                         mfence();
5306                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5307                         if (useclflushopt)
5308                                 clflushopt(sva);
5309                         else
5310                                 clflush(sva);
5311                 }
5312                 if (useclflushopt)
5313                         sfence();
5314                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5315                         mfence();
5316                 *cmap_pte2 = 0;
5317                 sched_unpin();
5318                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5319         } else
5320                 pmap_invalidate_cache();
5321 }
5322
5323 /*
5324  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5325  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5326  * completely contained within either the kernel map.
5327  *
5328  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5329  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5330  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5331  * there was insufficient memory available to complete the change.
5332  */
5333 int
5334 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5335 {
5336         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5337         pd_entry_t *pde;
5338         pt_entry_t *pte;
5339         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5340         boolean_t changed;
5341
5342         base = trunc_page(va);
5343         offset = va & PAGE_MASK;
5344         size = round_page(offset + size);
5345
5346         /*
5347          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5348          */
5349         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5350                 return (EINVAL);
5351
5352         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5353         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5354         changed = FALSE;
5355
5356         /*
5357          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5358          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5359          */
5360         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5361         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5362                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5363                 if (*pde == 0) {
5364                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5365                         return (EINVAL);
5366                 }
5367                 if (*pde & PG_PS) {
5368                         /*
5369                          * If the current 2/4MB page already has
5370                          * the required memory type, then we need not
5371                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5372                          * the next 2/4MB page frame.
5373                          */
5374                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5375                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5376                                 continue;
5377                         }
5378
5379                         /*
5380                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5381                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5382                          * within the range, then we need not break
5383                          * down this page into 4KB pages.
5384                          */
5385                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5386                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5387                                 tmpva += NBPDR;
5388                                 continue;
5389                         }
5390                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5391                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5392                                 return (ENOMEM);
5393                         }
5394                 }
5395                 pte = vtopte(tmpva);
5396                 if (*pte == 0) {
5397                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5398                         return (EINVAL);
5399                 }
5400                 tmpva += PAGE_SIZE;
5401         }
5402         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5403
5404         /*
5405          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5406          * cache mode if required.
5407          */
5408         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5409                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5410                 if (*pde & PG_PS) {
5411                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5412                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5413                                 changed = TRUE;
5414                         }
5415                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5416                 } else {
5417                         pte = vtopte(tmpva);
5418                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5419                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5420                                 changed = TRUE;
5421                         }
5422                         tmpva += PAGE_SIZE;
5423                 }
5424         }
5425
5426         /*
5427          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5428          * shouldn't be, etc.
5429          */
5430         if (changed) {
5431                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5432                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
5433         }
5434         return (0);
5435 }
5436
5437 /*
5438  * perform the pmap work for mincore
5439  */
5440 int
5441 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5442 {
5443         pd_entry_t *pdep;
5444         pt_entry_t *ptep, pte;
5445         vm_paddr_t pa;
5446         int val;
5447
5448         PMAP_LOCK(pmap);
5449 retry:
5450         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5451         if (*pdep != 0) {
5452                 if (*pdep & PG_PS) {
5453                         pte = *pdep;
5454                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5455                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5456                             PG_FRAME;
5457                         val = MINCORE_SUPER;
5458                 } else {
5459                         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
5460                         pte = *ptep;
5461                         pmap_pte_release(ptep);
5462                         pa = pte & PG_FRAME;
5463                         val = 0;
5464                 }
5465         } else {
5466                 pte = 0;
5467                 pa = 0;
5468                 val = 0;
5469         }
5470         if ((pte & PG_V) != 0) {
5471                 val |= MINCORE_INCORE;
5472                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5473                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5474                 if ((pte & PG_A) != 0)
5475                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5476         }
5477         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5478             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5479             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5480                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5481                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5482                         goto retry;
5483         } else
5484                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5485         PMAP_UNLOCK(pmap);
5486         return (val);
5487 }
5488
5489 void
5490 pmap_activate(struct thread *td)
5491 {
5492         pmap_t  pmap, oldpmap;
5493         u_int   cpuid;
5494         u_int32_t  cr3;
5495
5496         critical_enter();
5497         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5498         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5499         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5500 #if defined(SMP)
5501         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5502         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5503 #else
5504         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5505         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5506 #endif
5507 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
5508         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5509 #else
5510         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5511 #endif
5512         /*
5513          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5514          */
5515         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5516         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5517         critical_exit();
5518 }
5519
5520 void
5521 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5522 {
5523 }
5524
5525 /*
5526  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5527  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5528  */
5529 void
5530 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5531     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5532 {
5533         vm_offset_t superpage_offset;
5534
5535         if (size < NBPDR)
5536                 return;
5537         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5538                 offset += ptoa(object->pg_color);
5539         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5540         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5541             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5542                 return;
5543         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5544                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5545         else
5546                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5547 }
5548
5549 vm_offset_t
5550 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5551 {
5552         vm_offset_t qaddr;
5553         pt_entry_t *pte;
5554
5555         critical_enter();
5556         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5557         pte = vtopte(qaddr);
5558
5559         KASSERT(*pte == 0, ("pmap_quick_enter_page: PTE busy"));
5560         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5561             pmap_cache_bits(pmap_page_get_memattr(m), 0);
5562         invlpg(qaddr);
5563
5564         return (qaddr);
5565 }
5566
5567 void
5568 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5569 {
5570         vm_offset_t qaddr;
5571         pt_entry_t *pte;
5572
5573         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5574         pte = vtopte(qaddr);
5575
5576         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5577         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5578
5579         *pte = 0;
5580         critical_exit();
5581 }
5582
5583 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5584 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5585 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5586
5587 static int
5588 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5589     vmem_addr_t *addrp)
5590 {
5591         vm_page_t m;
5592         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5593         pt_entry_t *trm_pte;
5594
5595         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5596         size = round_page(size) + trm_guard;
5597         for (;;) {
5598                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5599                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5600                         return (ENOMEM);
5601                 addr = prev_addr + size;
5602                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5603                         break;
5604         }
5605         prev_addr += trm_guard;
5606         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5607         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5608                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5609                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5610                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5611                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5612                     pmap_cache_bits(VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5613         }
5614         *addrp = prev_addr;
5615         return (0);
5616 }
5617
5618 static
5619 void pmap_init_trm(void)
5620 {
5621         vm_page_t pd_m;
5622
5623         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5624         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5625                 trm_guard = 0;
5626         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5627         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5628         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5629             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5630         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5631                 pmap_zero_page(pd_m);
5632         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5633             pmap_cache_bits(VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5634 }
5635
5636 void *
5637 pmap_trm_alloc(size_t size, int flags)
5638 {
5639         vmem_addr_t res;
5640         int error;
5641
5642         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5643         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5644             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5645         if (error != 0)
5646                 return (NULL);
5647         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5648                 bzero((void *)res, size);
5649         return ((void *)res);
5650 }
5651
5652 void
5653 pmap_trm_free(void *addr, size_t size)
5654 {
5655
5656         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5657 }
5658
5659 #if defined(PMAP_DEBUG)
5660 pmap_pid_dump(int pid)
5661 {
5662         pmap_t pmap;
5663         struct proc *p;
5664         int npte = 0;
5665         int index;
5666
5667         sx_slock(&allproc_lock);
5668         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
5669                 if (p->p_pid != pid)
5670                         continue;
5671
5672                 if (p->p_vmspace) {
5673                         int i,j;
5674                         index = 0;
5675                         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
5676                         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++) {
5677                                 pd_entry_t *pde;
5678                                 pt_entry_t *pte;
5679                                 vm_offset_t base = i << PDRSHIFT;
5680                                 
5681                                 pde = &pmap->pm_pdir[i];
5682                                 if (pde && pmap_pde_v(pde)) {
5683                                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
5684                                                 vm_offset_t va = base + (j << PAGE_SHIFT);
5685                                                 if (va >= (vm_offset_t) VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5686                                                         if (index) {
5687                                                                 index = 0;
5688                                                                 printf("\n");
5689                                                         }
5690                                                         sx_sunlock(&allproc_lock);
5691                                                         return (npte);
5692                                                 }
5693                                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
5694                                                 if (pte && pmap_pte_v(pte)) {
5695                                                         pt_entry_t pa;
5696                                                         vm_page_t m;
5697                                                         pa = *pte;
5698                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa & PG_FRAME);
5699                                                         printf("va: 0x%x, pt: 0x%x, h: %d, w: %d, f: 0x%x",
5700                                                                 va, pa, m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
5701                                                         npte++;
5702                                                         index++;
5703                                                         if (index >= 2) {
5704                                                                 index = 0;
5705                                                                 printf("\n");
5706                                                         } else {
5707                                                                 printf(" ");
5708                                                         }
5709                                                 }
5710                                         }
5711                                 }
5712                         }
5713                 }
5714         }
5715         sx_sunlock(&allproc_lock);
5716         return (npte);
5717 }
5718 #endif