]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
Fix a couple of nits in r352110.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sf_buf.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/vmmeter.h>
127 #include <sys/sched.h>
128 #include <sys/sysctl.h>
129 #include <sys/smp.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #ifdef DEV_APIC
147 #include <sys/bus.h>
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #endif
151 #include <x86/ifunc.h>
152 #include <machine/bootinfo.h>
153 #include <machine/cpu.h>
154 #include <machine/cputypes.h>
155 #include <machine/md_var.h>
156 #include <machine/pcb.h>
157 #include <machine/specialreg.h>
158 #ifdef SMP
159 #include <machine/smp.h>
160 #endif
161 #include <machine/pmap_base.h>
162
163 #if !defined(DIAGNOSTIC)
164 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
165 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
166 #else
167 #define PMAP_INLINE     extern inline
168 #endif
169 #else
170 #define PMAP_INLINE
171 #endif
172
173 #ifdef PV_STATS
174 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
175 #else
176 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
177 #endif
178
179 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
180 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
181
182 /*
183  * PTmap is recursive pagemap at top of virtual address space.
184  * Within PTmap, the page directory can be found (third indirection).
185  */
186 #define PTmap   ((pt_entry_t *)(PTDPTDI << PDRSHIFT))
187 #define PTD     ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE)))
188 #define PTDpde  ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE) + \
189     (PTDPTDI * PDESIZE)))
190
191 /*
192  * Translate a virtual address to the kernel virtual address of its page table
193  * entry (PTE).  This can be used recursively.  If the address of a PTE as
194  * previously returned by this macro is itself given as the argument, then the
195  * address of the page directory entry (PDE) that maps the PTE will be
196  * returned.
197  *
198  * This macro may be used before pmap_bootstrap() is called.
199  */
200 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
201
202 /*
203  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
204  */
205 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
206 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
207
208 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
209 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
210 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
211 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
212 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
213
214 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
215     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
216 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
217
218 _Static_assert(sizeof(struct pmap) <= sizeof(struct pmap_KBI),
219     "pmap_KBI");
220
221 static int pgeflag = 0;         /* PG_G or-in */
222 static int pseflag = 0;         /* PG_PS or-in */
223
224 static int nkpt = NKPT;
225
226 #ifdef PMAP_PAE_COMP
227 pt_entry_t pg_nx;
228 static uma_zone_t pdptzone;
229 #endif
230
231 _Static_assert(VM_MAXUSER_ADDRESS == VADDR(TRPTDI, 0), "VM_MAXUSER_ADDRESS");
232 _Static_assert(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS <= VADDR(PTDPTDI, 0),
233     "VM_MAX_KERNEL_ADDRESS");
234 _Static_assert(PMAP_MAP_LOW == VADDR(LOWPTDI, 0), "PMAP_MAP_LOW");
235 _Static_assert(KERNLOAD == (KERNPTDI << PDRSHIFT), "KERNLOAD");
236
237 extern int pat_works;
238 extern int pg_ps_enabled;
239
240 extern int elf32_nxstack;
241
242 #define PAT_INDEX_SIZE  8
243 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
244
245 /*
246  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
247  */
248 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
249 static struct pmap_preinit_mapping {
250         vm_paddr_t      pa;
251         vm_offset_t     va;
252         vm_size_t       sz;
253         int             mode;
254 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
255 static int pmap_initialized;
256
257 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
258
259 /*
260  * Data for the pv entry allocation mechanism
261  */
262 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
263 extern int pv_entry_max, pv_entry_count;
264 static int pv_entry_high_water = 0;
265 static struct md_page *pv_table;
266 extern int shpgperproc;
267
268 static struct pv_chunk *pv_chunkbase;   /* KVA block for pv_chunks */
269 static int pv_maxchunks;                /* How many chunks we have KVA for */
270 static vm_offset_t pv_vafree;           /* freelist stored in the PTE */
271
272 /*
273  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
274  */
275 static pt_entry_t *CMAP3;
276 static pd_entry_t *KPTD;
277 static caddr_t CADDR3;
278
279 /*
280  * Crashdump maps.
281  */
282 static caddr_t crashdumpmap;
283
284 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2, *PMAP3;
285 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2, *PADDR3;
286 #ifdef SMP
287 static int PMAP1cpu, PMAP3cpu;
288 extern int PMAP1changedcpu;
289 #endif
290 extern int PMAP1changed;
291 extern int PMAP1unchanged;
292 static struct mtx PMAP2mutex;
293
294 /*
295  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
296  */
297 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
298 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
299
300 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
301 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
302 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
303 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
304 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
305                     u_int flags);
306 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
307 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
308 #endif
309 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
310 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
311                     vm_offset_t va);
312 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
313
314 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
315 static bool     pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
316                     vm_prot_t prot);
317 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
318                     u_int flags, vm_page_t m);
319 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
320     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
321 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
322 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
323                     pd_entry_t pde);
324 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
325 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
326 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
327 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
328 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
329 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
330 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
331 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
332 #endif
333 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
334     vm_prot_t prot);
335 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
336 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
337     struct spglist *free);
338 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
339     struct spglist *free);
340 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
341 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
342     struct spglist *free);
343 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
344                     struct spglist *free);
345 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
346                                         vm_offset_t va);
347 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
348 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
349     vm_page_t m);
350 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
351     pd_entry_t newpde);
352 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
353
354 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
355
356 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
357 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
358 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
359 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
360 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
361 #ifdef PMAP_PAE_COMP
362 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
363     uint8_t *flags, int wait);
364 #endif
365 static void pmap_init_trm(void);
366 static void pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap);
367
368 static __inline void pagezero(void *page);
369
370 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
371 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
372
373 extern char _end[];
374 extern u_long physfree; /* phys addr of next free page */
375 extern u_long vm86phystk;/* PA of vm86/bios stack */
376 extern u_long vm86paddr;/* address of vm86 region */
377 extern int vm86pa;      /* phys addr of vm86 region */
378 extern u_long KERNend;  /* phys addr end of kernel (just after bss) */
379 #ifdef PMAP_PAE_COMP
380 pd_entry_t *IdlePTD_pae;        /* phys addr of kernel PTD */
381 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
382 pt_entry_t *KPTmap_pae; /* address of kernel page tables */
383 #define IdlePTD IdlePTD_pae
384 #define KPTmap  KPTmap_pae
385 #else
386 pd_entry_t *IdlePTD_nopae;
387 pt_entry_t *KPTmap_nopae;
388 #define IdlePTD IdlePTD_nopae
389 #define KPTmap  KPTmap_nopae
390 #endif
391 extern u_long KPTphys;  /* phys addr of kernel page tables */
392 extern u_long tramp_idleptd;
393
394 static u_long
395 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
396 {
397         u_long res;
398
399         res = *physfree;
400         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
401         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
402         return (res);
403 }
404
405 static void
406 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
407 {
408         pt_entry_t *pt;
409
410         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
411             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
412                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
413 }
414
415 static void
416 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
417 {
418
419         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
420 }
421
422 _Static_assert(LOWPTDI * 2 * NBPDR == KERNBASE,
423     "Broken double-map of zero PTD");
424
425 static void
426 __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(bool enable)
427 {
428         int i;
429
430         for (i = 0; i < LOWPTDI; i++)
431                 IdlePTD[i] = enable ? IdlePTD[LOWPTDI + i] : 0;
432         load_cr3(rcr3());               /* invalidate TLB */
433 }
434
435 /*
436  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
437  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
438  * does not require relocations.
439  */
440 void
441 __CONCAT(PMTYPE, cold)(void)
442 {
443         pt_entry_t *pt;
444         u_long a;
445         u_int cr3, ncr4;
446
447         physfree = (u_long)&_end;
448         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
449                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
450         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
451                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
452         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
453         KERNend = physfree;
454
455         /* Allocate Kernel Page Tables */
456         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
457         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
458
459         /* Allocate Page Table Directory */
460 #ifdef PMAP_PAE_COMP
461         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
462         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
463 #endif
464         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
465
466         /*
467          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
468          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
469          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
470          * physical memory due to 1:1 mappings.
471          */
472         allocpages(1, &physfree);
473         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
474
475         /* vm86/bios stack */
476         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
477
478         /* pgtable + ext + IOPAGES */
479         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
480
481         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
482         for (a = 0; a < NKPT; a++)
483                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
484
485 #ifdef PMAP_PAE_COMP
486         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
487         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
488                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
489 #endif
490
491         /*
492          * Install recursive mapping for kernel page tables into
493          * itself.
494          */
495         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
496                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
497                     PG_RW;
498
499         /*
500          * Initialize page table pages mapping physical address zero
501          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
502          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
503          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
504          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
505          * kernel PDEs before we turn on paging.
506          *
507          * This and all other page table entries allow read and write
508          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
509          * access restrictions.
510          */
511         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
512         pmap_cold_map(0, NBPDR * LOWPTDI, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
513         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
514
515         /* Map page table directory */
516 #ifdef PMAP_PAE_COMP
517         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
518 #endif
519         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
520
521         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
522         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
523
524         /* Map proc0kstack */
525         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
526         /* ISA hole already mapped */
527
528         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
529         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
530
531         /* Map page 0 into the vm86 page table */
532         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
533
534         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
535         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
536             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
537                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
538                     PG_M | PG_V;
539
540         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
541         ncr4 = 0;
542         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
543                 ncr4 |= CR4_PSE;
544                 pseflag = PG_PS;
545                 /*
546                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
547                  * page table pages are wasted.
548                  */
549                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
550                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
551                             PG_RW | PG_V;
552         }
553         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
554                 ncr4 |= CR4_PGE;
555                 pgeflag = PG_G;
556         }
557         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
558 #ifdef PMAP_PAE_COMP
559         ncr4 |= CR4_PAE;
560 #endif
561         if (ncr4 != 0)
562                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
563
564         /* Now enable paging */
565 #ifdef PMAP_PAE_COMP
566         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
567         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
568                 wbinvd();
569 #else
570         cr3 = (u_int)IdlePTD;
571 #endif
572         tramp_idleptd = cr3;
573         load_cr3(cr3);
574         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
575
576         /*
577          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
578          * linked to run.
579          */
580
581         /*
582          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
583          * to get some null pointer checks.
584          */
585         __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(false);
586
587         kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
588 #ifdef PMAP_PAE_COMP
589         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_PAE;
590         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_PAE;
591         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_PAE;
592 #else
593         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_NOPAE;
594         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_NOPAE;
595         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_NOPAE;
596 #endif
597 }
598
599 static void
600 __CONCAT(PMTYPE, set_nx)(void)
601 {
602
603 #ifdef PMAP_PAE_COMP
604         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0)
605                 return;
606         pg_nx = PG_NX;
607         elf32_nxstack = 1;
608         /* EFER.EFER_NXE is set in initializecpu(). */
609 #endif
610 }
611
612 /*
613  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
614  *
615  *      On the i386 this is called after pmap_cold() created initial
616  *      kernel page table and enabled paging, and just syncs the pmap
617  *      module with what has already been done.
618  */
619 static void
620 __CONCAT(PMTYPE, bootstrap)(vm_paddr_t firstaddr)
621 {
622         vm_offset_t va;
623         pt_entry_t *pte, *unused;
624         struct pcpu *pc;
625         u_long res;
626         int i;
627
628         res = atop(firstaddr - (vm_paddr_t)KERNLOAD);
629
630         /*
631          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
632          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
633          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
634          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
635          * addresses to superpage mappings.
636          */
637         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
638
639         /*
640          * Initialize the first available kernel virtual address.
641          * However, using "firstaddr" may waste a few pages of the
642          * kernel virtual address space, because pmap_cold() may not
643          * have mapped every physical page that it allocated.
644          * Preferably, pmap_cold() would provide a first unused
645          * virtual address in addition to "firstaddr".
646          */
647         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
648         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
649
650         /*
651          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
652          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
653          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
654          */
655         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
656         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
657 #ifdef PMAP_PAE_COMP
658         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
659 #endif
660         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
661         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
662         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
663
664         /*
665          * Initialize the global pv list lock.
666          */
667         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
668
669         /*
670          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
671          * mapping of pages.
672          */
673 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
674         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
675
676         va = virtual_avail;
677         pte = vtopte(va);
678
679
680         /*
681          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
682          * during early boot.
683          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
684          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
685          */
686         pc = get_pcpu();
687         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
688         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
689         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
690         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
691
692         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
693
694         /*
695          * Crashdump maps.
696          */
697         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
698
699         /*
700          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
701          */
702         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
703
704         /*
705          * msgbufp is used to map the system message buffer.
706          */
707         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
708
709         /*
710          * KPTmap is used by pmap_kextract().
711          *
712          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
713          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
714          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
715          */
716         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
717
718         for (i = 0; i < NKPT; i++)
719                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
720
721         /*
722          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
723          * respectively.
724          */
725         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
726         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
727         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
728
729         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
730
731         virtual_avail = va;
732
733         /*
734          * Initialize the PAT MSR if present.
735          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
736          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
737          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
738          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
739          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
740          */
741         pmap_init_pat();
742 }
743
744 static void
745 pmap_init_reserved_pages(void)
746 {
747         struct pcpu *pc;
748         vm_offset_t pages;
749         int i;
750
751 #ifdef PMAP_PAE_COMP
752         if (!pae_mode)
753                 return;
754 #else
755         if (pae_mode)
756                 return;
757 #endif
758         CPU_FOREACH(i) {
759                 pc = pcpu_find(i);
760                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
761                     MTX_NEW);
762                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
763                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
764                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
765                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
766                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
767                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
768                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
769                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
770                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
771                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
772                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
773
774                 /*
775                  * Skip if the mappings have already been initialized,
776                  * i.e. this is the BSP.
777                  */
778                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
779                         continue;
780
781                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
782                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
783                 if (pages == 0)
784                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
785                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
786                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
787                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
788                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
789                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
790         }
791 }
792  
793 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
794
795 /*
796  * Setup the PAT MSR.
797  */
798 static void
799 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
800 {
801         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
802         uint64_t pat_msr;
803         u_long cr0, cr4;
804         int i;
805
806         /* Set default PAT index table. */
807         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
808                 pat_table[i] = -1;
809         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
810         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
811         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
812         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
813         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
814         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
815
816         /*
817          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
818          * We assume that PAT support implies PGE.
819          */
820         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
821                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
822                         pat_index[i] = pat_table[i];
823                 pat_works = 0;
824                 return;
825         }
826
827         /*
828          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
829          * PAT entries.
830          *
831          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
832          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
833          * or Mode C Paging)
834          *
835          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
836          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
837          */
838         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
839             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
840                 pat_works = 0;
841
842         /* Initialize default PAT entries. */
843         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
844             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
845             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
846             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
847             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
848             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
849             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
850             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
851
852         if (pat_works) {
853                 /*
854                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
855                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
856                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
857                  */
858                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
859                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
860                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
861                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
862                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
863                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
864         } else {
865                 /*
866                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
867                  */
868                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
869                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
870                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
871         }
872
873         /* Disable PGE. */
874         cr4 = rcr4();
875         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
876
877         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
878         cr0 = rcr0();
879         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
880
881         /* Flushes caches and TLBs. */
882         wbinvd();
883         invltlb();
884
885         /* Update PAT and index table. */
886         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
887         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
888                 pat_index[i] = pat_table[i];
889
890         /* Flush caches and TLBs again. */
891         wbinvd();
892         invltlb();
893
894         /* Restore caches and PGE. */
895         load_cr0(cr0);
896         load_cr4(cr4);
897 }
898
899 #ifdef PMAP_PAE_COMP
900 static void *
901 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
902     int wait)
903 {
904
905         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
906         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
907         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
908             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
909 }
910 #endif
911
912 /*
913  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
914  * Requirements:
915  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
916  *    are ever set, PG_V in particular.
917  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
918  *    on PAE systems.  This should be ok.
919  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
920  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
921  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
922  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
923  */
924 static vm_offset_t
925 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
926 {
927         pt_entry_t *pte;
928         vm_offset_t va;
929
930         va = *head;
931         if (va == 0)
932                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
933         pte = vtopte(va);
934         *head = *pte;
935         if (*head & PG_V)
936                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
937         *pte = 0;
938         return (va);
939 }
940
941 static void
942 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
943 {
944         pt_entry_t *pte;
945
946         if (va & PG_V)
947                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
948         pte = vtopte(va);
949         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
950         *head = va;
951 }
952
953 static void
954 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
955 {
956         int i;
957         vm_offset_t va;
958
959         *head = 0;
960         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
961                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
962                 pmap_ptelist_free(head, va);
963         }
964 }
965
966
967 /*
968  *      Initialize the pmap module.
969  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
970  *      system needs to map virtual memory.
971  */
972 static void
973 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
974 {
975         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
976         vm_page_t mpte;
977         vm_size_t s;
978         int i, pv_npg;
979
980         /*
981          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
982          * page table pages.
983          */ 
984         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
985         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
986                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
987                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
988                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
989                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
990                 mpte->pindex = i + KPTDI;
991                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
992                 mpte->wire_count = 1;
993
994                 /*
995                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
996                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
997                  */
998                 if (pseflag != 0 &&
999                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
1000                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
1001                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1002         }
1003         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1004         vm_wire_add(NKPT);
1005
1006         /*
1007          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1008          * high water mark so that the system can recover from excessive
1009          * numbers of pv entries.
1010          */
1011         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1012         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1013         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1014         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1015         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1016
1017         /*
1018          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1019          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1020          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1021          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1022          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1023          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1024          * or newer AMD processors.
1025          */
1026         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1027             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1028             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1029             AMDID2_FMA4)) == 0)
1030                 workaround_erratum383 = 1;
1031
1032         /*
1033          * Are large page mappings supported and enabled?
1034          */
1035         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1036         if (pseflag == 0)
1037                 pg_ps_enabled = 0;
1038         else if (pg_ps_enabled) {
1039                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1040                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1041                 pagesizes[1] = NBPDR;
1042         }
1043
1044         /*
1045          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1046          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1047          */
1048         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1049             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1050
1051         /*
1052          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1053          */
1054         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1055         s = round_page(s);
1056         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1057         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1058                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1059
1060         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1061         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1062         if (pv_chunkbase == NULL)
1063                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1064         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1065 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1066         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1067             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1068             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1069         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1070 #endif
1071
1072         pmap_initialized = 1;
1073         pmap_init_trm();
1074
1075         if (!bootverbose)
1076                 return;
1077         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1078                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1079                 if (ppim->va == 0)
1080                         continue;
1081                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1082                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1083         }
1084
1085 }
1086
1087 extern u_long pmap_pde_demotions;
1088 extern u_long pmap_pde_mappings;
1089 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1090 extern u_long pmap_pde_promotions;
1091
1092 /***************************************************
1093  * Low level helper routines.....
1094  ***************************************************/
1095
1096 static boolean_t
1097 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1098 {
1099
1100         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1101             pat_index[(int)mode] >= 0);
1102 }
1103
1104 /*
1105  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1106  * caching mode.
1107  */
1108 static int
1109 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1110 {
1111         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1112
1113         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1114                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1115
1116         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1117         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1118
1119         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1120         pat_idx = pat_index[mode];
1121
1122         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1123         cache_bits = 0;
1124         if (pat_idx & 0x4)
1125                 cache_bits |= pat_flag;
1126         if (pat_idx & 0x2)
1127                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1128         if (pat_idx & 0x1)
1129                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1130         return (cache_bits);
1131 }
1132
1133 static bool
1134 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1135 {
1136
1137         return (pg_ps_enabled);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1142  */
1143 static void
1144 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1145 {
1146         pd_entry_t *pde;
1147
1148         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1149         pde_store(pde, newpde);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1154  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1155  * calling processor's TLB is affected.
1156  *
1157  * The calling thread must be pinned to a processor.
1158  */
1159 static void
1160 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1161 {
1162
1163         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1164                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1165                 invlpg(va);
1166         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1167                 /*
1168                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1169                  * because there are too many to flush individually.
1170                  */
1171                 invltlb();
1172 }
1173
1174 #ifdef SMP
1175 /*
1176  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1177  *
1178  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1179  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1180  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1181  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1182  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1183  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1184  * one of the following functions but before a store updating the page
1185  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1186  * processor before its pm_active field is checked but due to
1187  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1188  * pmap as inactive on the other processor.
1189  * 
1190  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1191  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1192  * processor.
1193  */
1194 static void
1195 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1196 {
1197         cpuset_t *mask, other_cpus;
1198         u_int cpuid;
1199
1200         sched_pin();
1201         if (pmap == kernel_pmap) {
1202                 invlpg(va);
1203                 mask = &all_cpus;
1204         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1205                 mask = &all_cpus;
1206         } else {
1207                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1208                 other_cpus = all_cpus;
1209                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1210                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1211                 mask = &other_cpus;
1212         }
1213         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1214         sched_unpin();
1215 }
1216
1217 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1218 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1219
1220 static void
1221 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1222 {
1223         cpuset_t *mask, other_cpus;
1224         vm_offset_t addr;
1225         u_int cpuid;
1226
1227         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1228                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1229                 return;
1230         }
1231
1232         sched_pin();
1233         if (pmap == kernel_pmap) {
1234                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1235                         invlpg(addr);
1236                 mask = &all_cpus;
1237         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1238                 mask = &all_cpus;
1239         } else {
1240                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1241                 other_cpus = all_cpus;
1242                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1243                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1244                 mask = &other_cpus;
1245         }
1246         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1247         sched_unpin();
1248 }
1249
1250 static void
1251 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1252 {
1253         cpuset_t *mask, other_cpus;
1254         u_int cpuid;
1255
1256         sched_pin();
1257         if (pmap == kernel_pmap) {
1258                 invltlb();
1259                 mask = &all_cpus;
1260         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1261                 mask = &all_cpus;
1262         } else {
1263                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1264                 other_cpus = all_cpus;
1265                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1266                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1267                 mask = &other_cpus;
1268         }
1269         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1270         sched_unpin();
1271 }
1272
1273 static void
1274 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1275 {
1276
1277         sched_pin();
1278         wbinvd();
1279         smp_cache_flush();
1280         sched_unpin();
1281 }
1282
1283 struct pde_action {
1284         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1285         vm_offset_t va;
1286         pd_entry_t *pde;
1287         pd_entry_t newpde;
1288         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1289 };
1290
1291 static void
1292 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1293 {
1294         struct pde_action *act = arg;
1295         pd_entry_t *pde;
1296
1297         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1298                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1299                 pde_store(pde, act->newpde);
1300         }
1301 }
1302
1303 static void
1304 pmap_update_pde_user(void *arg)
1305 {
1306         struct pde_action *act = arg;
1307
1308         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1309                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1310 }
1311
1312 static void
1313 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1314 {
1315         struct pde_action *act = arg;
1316
1317         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1318                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1319 }
1320
1321 /*
1322  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1323  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1324  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1325  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1326  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1327  * hardware error.
1328  */
1329 static void
1330 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1331 {
1332         struct pde_action act;
1333         cpuset_t active, other_cpus;
1334         u_int cpuid;
1335
1336         sched_pin();
1337         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1338         other_cpus = all_cpus;
1339         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1340         if (pmap == kernel_pmap)
1341                 active = all_cpus;
1342         else
1343                 active = pmap->pm_active;
1344         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1345                 act.store = cpuid;
1346                 act.invalidate = active;
1347                 act.va = va;
1348                 act.pde = pde;
1349                 act.newpde = newpde;
1350                 CPU_SET(cpuid, &active);
1351                 smp_rendezvous_cpus(active,
1352                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1353                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1354                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1355         } else {
1356                 if (pmap == kernel_pmap)
1357                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1358                 else
1359                         pde_store(pde, newpde);
1360                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1361                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1362         }
1363         sched_unpin();
1364 }
1365 #else /* !SMP */
1366 /*
1367  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1368  * We inline these within pmap.c for speed.
1369  */
1370 static void
1371 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1372 {
1373
1374         if (pmap == kernel_pmap)
1375                 invlpg(va);
1376 }
1377
1378 static void
1379 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1380 {
1381         vm_offset_t addr;
1382
1383         if (pmap == kernel_pmap)
1384                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1385                         invlpg(addr);
1386 }
1387
1388 static void
1389 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1390 {
1391
1392         if (pmap == kernel_pmap)
1393                 invltlb();
1394 }
1395
1396 static void
1397 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1398 {
1399
1400         wbinvd();
1401 }
1402
1403 static void
1404 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1405 {
1406
1407         if (pmap == kernel_pmap)
1408                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1409         else
1410                 pde_store(pde, newpde);
1411         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1412                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1413 }
1414 #endif /* !SMP */
1415
1416 static void
1417 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1418 {
1419
1420         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1421 }
1422
1423 static void
1424 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1425     vm_offset_t eva)
1426 {
1427
1428         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1429 }
1430
1431 static void
1432 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1433 {
1434
1435         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1436 }
1437
1438 static void
1439 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1440 {
1441
1442         /*
1443          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1444          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1445          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1446          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1447          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1448          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1449          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1450          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1451          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1452          */
1453         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1454                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1455         else
1456                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1457 }
1458
1459 /*
1460  * Are we current address space or kernel?
1461  */
1462 static __inline int
1463 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1464 {
1465
1466         return (pmap == kernel_pmap);
1467 }
1468
1469 /*
1470  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1471  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1472  */
1473 static pt_entry_t *
1474 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1475 {
1476         pd_entry_t newpf;
1477         pd_entry_t *pde;
1478
1479         pde = pmap_pde(pmap, va);
1480         if (*pde & PG_PS)
1481                 return (pde);
1482         if (*pde != 0) {
1483                 /* are we current address space or kernel? */
1484                 if (pmap_is_current(pmap))
1485                         return (vtopte(va));
1486                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1487                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1488                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1489                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1490                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1491                             (vm_offset_t)PADDR2);
1492                 }
1493                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1494         }
1495         return (NULL);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1500  * being NULL.
1501  */
1502 static __inline void
1503 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1504 {
1505
1506         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1507                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1508 }
1509
1510 /*
1511  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1512  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1513  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1514  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1515  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1516  */
1517 static __inline void
1518 invlcaddr(void *caddr)
1519 {
1520
1521         invlpg((u_int)caddr);
1522 }
1523
1524 /*
1525  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1526  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1527  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1528  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1529  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1530  *
1531  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1532  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1533  */
1534 static pt_entry_t *
1535 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1536 {
1537         pd_entry_t newpf;
1538         pd_entry_t *pde;
1539
1540         pde = pmap_pde(pmap, va);
1541         if (*pde & PG_PS)
1542                 return (pde);
1543         if (*pde != 0) {
1544                 /* are we current address space or kernel? */
1545                 if (pmap_is_current(pmap))
1546                         return (vtopte(va));
1547                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1548                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1549                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1550                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1551                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1552 #ifdef SMP
1553                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1554 #endif
1555                         invlcaddr(PADDR1);
1556                         PMAP1changed++;
1557                 } else
1558 #ifdef SMP
1559                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1560                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1561                         invlcaddr(PADDR1);
1562                         PMAP1changedcpu++;
1563                 } else
1564 #endif
1565                         PMAP1unchanged++;
1566                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1567         }
1568         return (0);
1569 }
1570
1571 static pt_entry_t *
1572 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1573 {
1574         pd_entry_t newpf;
1575         pd_entry_t *pde;
1576
1577         pde = pmap_pde(pmap, va);
1578         if (*pde & PG_PS)
1579                 return (pde);
1580         if (*pde != 0) {
1581                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1582                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1583                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1584                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1585                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1586 #ifdef SMP
1587                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1588 #endif
1589                         invlcaddr(PADDR3);
1590                         PMAP1changed++;
1591                 } else
1592 #ifdef SMP
1593                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1594                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1595                         invlcaddr(PADDR3);
1596                         PMAP1changedcpu++;
1597                 } else
1598 #endif
1599                         PMAP1unchanged++;
1600                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1601         }
1602         return (0);
1603 }
1604
1605 static pt_entry_t
1606 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1607 {
1608         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1609
1610         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1611         pde &= PG_FRAME;
1612         critical_enter();
1613         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1614         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1615                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1616                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1617         }
1618         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1619             (NPTEPG - 1));
1620         pte = *ptep;
1621         critical_exit();
1622         return (pte);
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1627  * the given virtual address "va".
1628  *
1629  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1630  */
1631 static vm_paddr_t
1632 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1633 {
1634         vm_paddr_t pa;
1635
1636         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1637                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1638         } else {
1639                 /*
1640                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1641                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1642                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1643                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1644                  * page is preserved by the promotion.
1645                  */
1646                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1647                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1648         }
1649         return (pa);
1650 }
1651
1652 /*
1653  *      Routine:        pmap_extract
1654  *      Function:
1655  *              Extract the physical page address associated
1656  *              with the given map/virtual_address pair.
1657  */
1658 static vm_paddr_t
1659 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1660 {
1661         vm_paddr_t rtval;
1662         pt_entry_t pte;
1663         pd_entry_t pde;
1664
1665         rtval = 0;
1666         PMAP_LOCK(pmap);
1667         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1668         if (pde != 0) {
1669                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1670                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1671                 else {
1672                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1673                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1674                 }
1675         }
1676         PMAP_UNLOCK(pmap);
1677         return (rtval);
1678 }
1679
1680 /*
1681  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1682  *      Function:
1683  *              Atomically extract and hold the physical page
1684  *              with the given pmap and virtual address pair
1685  *              if that mapping permits the given protection.
1686  */
1687 static vm_page_t
1688 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1689 {
1690         pd_entry_t pde;
1691         pt_entry_t pte;
1692         vm_page_t m;
1693
1694         m = NULL;
1695         PMAP_LOCK(pmap);
1696         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1697         if (pde != 0) {
1698                 if (pde & PG_PS) {
1699                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1700                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1701                                     (va & PDRMASK));
1702                 } else {
1703                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1704                         if (pte != 0 &&
1705                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
1706                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1707                 }
1708                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1709                         m = NULL;
1710         }
1711         PMAP_UNLOCK(pmap);
1712         return (m);
1713 }
1714
1715 /***************************************************
1716  * Low level mapping routines.....
1717  ***************************************************/
1718
1719 /*
1720  * Add a wired page to the kva.
1721  * Note: not SMP coherent.
1722  *
1723  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1724  */
1725 static void
1726 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1727 {
1728         pt_entry_t *pte;
1729
1730         pte = vtopte(va);
1731         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1732 }
1733
1734 static __inline void
1735 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1736 {
1737         pt_entry_t *pte;
1738
1739         pte = vtopte(va);
1740         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1741             mode, 0));
1742 }
1743
1744 /*
1745  * Remove a page from the kernel pagetables.
1746  * Note: not SMP coherent.
1747  *
1748  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1749  */
1750 static void
1751 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1752 {
1753         pt_entry_t *pte;
1754
1755         pte = vtopte(va);
1756         pte_clear(pte);
1757 }
1758
1759 /*
1760  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1761  *      virtual address space.
1762  *
1763  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1764  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1765  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1766  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1767  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1768  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1769  *      region.
1770  */
1771 static vm_offset_t
1772 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1773     int prot)
1774 {
1775         vm_offset_t va, sva;
1776         vm_paddr_t superpage_offset;
1777         pd_entry_t newpde;
1778
1779         va = *virt;
1780         /*
1781          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1782          * least one superpage mapping to be created?
1783          */ 
1784         superpage_offset = start & PDRMASK;
1785         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1786                 /*
1787                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1788                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1789                  */
1790                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1791                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1792                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1793                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1794         }
1795         sva = va;
1796         while (start < end) {
1797                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1798                     pseflag != 0) {
1799                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1800                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1801                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1802                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1803                         va += NBPDR;
1804                         start += NBPDR;
1805                 } else {
1806                         pmap_kenter(va, start);
1807                         va += PAGE_SIZE;
1808                         start += PAGE_SIZE;
1809                 }
1810         }
1811         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1812         *virt = va;
1813         return (sva);
1814 }
1815
1816
1817 /*
1818  * Add a list of wired pages to the kva
1819  * this routine is only used for temporary
1820  * kernel mappings that do not need to have
1821  * page modification or references recorded.
1822  * Note that old mappings are simply written
1823  * over.  The page *must* be wired.
1824  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1825  */
1826 static void
1827 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1828 {
1829         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1830         vm_page_t m;
1831
1832         oldpte = 0;
1833         pte = vtopte(sva);
1834         endpte = pte + count;
1835         while (pte < endpte) {
1836                 m = *ma++;
1837                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1838                     m->md.pat_mode, 0);
1839                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1840                         oldpte |= *pte;
1841 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1842                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1843 #else
1844                         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1845 #endif
1846                 }
1847                 pte++;
1848         }
1849         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1850                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1851                     PAGE_SIZE);
1852 }
1853
1854 /*
1855  * This routine tears out page mappings from the
1856  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1857  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1858  */
1859 static void
1860 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1861 {
1862         vm_offset_t va;
1863
1864         va = sva;
1865         while (count-- > 0) {
1866                 pmap_kremove(va);
1867                 va += PAGE_SIZE;
1868         }
1869         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1870 }
1871
1872 /***************************************************
1873  * Page table page management routines.....
1874  ***************************************************/
1875 /*
1876  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1877  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1878  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1879  */
1880 static __inline void
1881 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1882     boolean_t set_PG_ZERO)
1883 {
1884
1885         if (set_PG_ZERO)
1886                 m->flags |= PG_ZERO;
1887         else
1888                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1889         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1890 }
1891
1892 /*
1893  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1894  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1895  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1896  * ordered by this virtual address range.
1897  *
1898  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1899  */
1900 static __inline int
1901 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1902 {
1903
1904         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1905         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1906         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1907 }
1908
1909 /*
1910  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1911  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1912  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1913  * specified virtual address.
1914  */
1915 static __inline vm_page_t
1916 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1917 {
1918
1919         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1920         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1925  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1926  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1927  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1928  */
1929 static inline boolean_t
1930 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1931 {
1932
1933         --m->wire_count;
1934         if (m->wire_count == 0) {
1935                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1936                 return (TRUE);
1937         } else
1938                 return (FALSE);
1939 }
1940
1941 static void
1942 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1943 {
1944
1945         /*
1946          * unmap the page table page
1947          */
1948         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1949         --pmap->pm_stats.resident_count;
1950
1951         /*
1952          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1953          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1954          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1955          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1956          * shootdown is done.
1957          */
1958         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1959         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1960 }
1961
1962 /*
1963  * After removing a page table entry, this routine is used to
1964  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1965  */
1966 static int
1967 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1968 {
1969         pd_entry_t ptepde;
1970         vm_page_t mpte;
1971
1972         if (pmap == kernel_pmap)
1973                 return (0);
1974         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1975         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1976         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
1977 }
1978
1979 /*
1980  * Initialize the pmap for the swapper process.
1981  */
1982 static void
1983 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
1984 {
1985
1986         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1987         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
1988 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1989         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
1990 #endif
1991         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1992         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1993         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1994         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1995         pmap_activate_boot(pmap);
1996 }
1997
1998 /*
1999  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2000  * such as one in a vmspace structure.
2001  */
2002 static int
2003 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2004 {
2005         vm_page_t m;
2006         int i;
2007
2008         /*
2009          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2010          * page directory table.
2011          */
2012         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2013                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2014                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2015                         return (0);
2016 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2017                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2018                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2019                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2020                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2021                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2022                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2023 #endif
2024                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
2025         }
2026         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2027             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2028
2029         /*
2030          * allocate the page directory page(s)
2031          */
2032         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2033                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2034                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2035                 pmap->pm_ptdpg[i] = m;
2036 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2037                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
2038 #endif
2039         }
2040
2041         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2042 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2043         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2044                 pmap_invalidate_cache_range(
2045                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2046                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2047                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2048         }
2049 #endif
2050
2051         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2052                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
2053                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
2054
2055         /* Install the trampoline mapping. */
2056         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2057
2058         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2059         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2060         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2061
2062         return (1);
2063 }
2064
2065 /*
2066  * this routine is called if the page table page is not
2067  * mapped correctly.
2068  */
2069 static vm_page_t
2070 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2071 {
2072         vm_paddr_t ptepa;
2073         vm_page_t m;
2074
2075         /*
2076          * Allocate a page table page.
2077          */
2078         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2079             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2080                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2081                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2082                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2083                         vm_wait(NULL);
2084                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2085                         PMAP_LOCK(pmap);
2086                 }
2087
2088                 /*
2089                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2090                  * page may have been allocated.
2091                  */
2092                 return (NULL);
2093         }
2094         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2095                 pmap_zero_page(m);
2096
2097         /*
2098          * Map the pagetable page into the process address space, if
2099          * it isn't already there.
2100          */
2101
2102         pmap->pm_stats.resident_count++;
2103
2104         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2105         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2106                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2107
2108         return (m);
2109 }
2110
2111 static vm_page_t
2112 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2113 {
2114         u_int ptepindex;
2115         pd_entry_t ptepa;
2116         vm_page_t m;
2117
2118         /*
2119          * Calculate pagetable page index
2120          */
2121         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2122 retry:
2123         /*
2124          * Get the page directory entry
2125          */
2126         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2127
2128         /*
2129          * This supports switching from a 4MB page to a
2130          * normal 4K page.
2131          */
2132         if (ptepa & PG_PS) {
2133                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2134                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2135         }
2136
2137         /*
2138          * If the page table page is mapped, we just increment the
2139          * hold count, and activate it.
2140          */
2141         if (ptepa) {
2142                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2143                 m->wire_count++;
2144         } else {
2145                 /*
2146                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2147                  * been deallocated. 
2148                  */
2149                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2150                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2151                         goto retry;
2152         }
2153         return (m);
2154 }
2155
2156
2157 /***************************************************
2158 * Pmap allocation/deallocation routines.
2159  ***************************************************/
2160
2161 /*
2162  * Release any resources held by the given physical map.
2163  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2164  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2165  */
2166 static void
2167 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2168 {
2169         vm_page_t m;
2170         int i;
2171
2172         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2173             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2174             pmap->pm_stats.resident_count));
2175         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2176             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2177         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2178             ("releasing active pmap %p", pmap));
2179
2180         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2181
2182         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2183                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2184 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2185                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2186                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2187 #endif
2188                 vm_page_unwire_noq(m);
2189                 vm_page_free(m);
2190         }
2191 }
2192
2193 /*
2194  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2195  */
2196 static void
2197 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2198 {
2199         vm_paddr_t ptppaddr;
2200         vm_page_t nkpg;
2201         pd_entry_t newpdir;
2202
2203         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2204         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2205         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2206                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2207         while (kernel_vm_end < addr) {
2208                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2209                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2210                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2211                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2212                                 break;
2213                         }
2214                         continue;
2215                 }
2216
2217                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2218                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2219                     VM_ALLOC_ZERO);
2220                 if (nkpg == NULL)
2221                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2222
2223                 nkpt++;
2224
2225                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2226                         pmap_zero_page(nkpg);
2227                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2228                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2229                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2230
2231                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2232                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2233                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2234                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2235                         break;
2236                 }
2237         }
2238 }
2239
2240
2241 /***************************************************
2242  * page management routines.
2243  ***************************************************/
2244
2245 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2246 CTASSERT(_NPCM == 11);
2247 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2248
2249 static __inline struct pv_chunk *
2250 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2251 {
2252
2253         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2254 }
2255
2256 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2257
2258 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2259 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2260
2261 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2262         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2263         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2264         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2265         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2266 };
2267
2268 #ifdef PV_STATS
2269 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2270 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2271 extern int pv_entry_spare;
2272 #endif
2273
2274 /*
2275  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2276  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2277  * another pv entry chunk.
2278  */
2279 static vm_page_t
2280 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2281 {
2282         struct pch newtail;
2283         struct pv_chunk *pc;
2284         struct md_page *pvh;
2285         pd_entry_t *pde;
2286         pmap_t pmap;
2287         pt_entry_t *pte, tpte;
2288         pv_entry_t pv;
2289         vm_offset_t va;
2290         vm_page_t m, m_pc;
2291         struct spglist free;
2292         uint32_t inuse;
2293         int bit, field, freed;
2294
2295         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2296         pmap = NULL;
2297         m_pc = NULL;
2298         SLIST_INIT(&free);
2299         TAILQ_INIT(&newtail);
2300         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2301             SLIST_EMPTY(&free))) {
2302                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2303                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2304                         if (pmap != NULL) {
2305                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2306                                 if (pmap != locked_pmap)
2307                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2308                         }
2309                         pmap = pc->pc_pmap;
2310                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2311                         if (pmap > locked_pmap)
2312                                 PMAP_LOCK(pmap);
2313                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2314                                 pmap = NULL;
2315                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2316                                 continue;
2317                         }
2318                 }
2319
2320                 /*
2321                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2322                  */
2323                 freed = 0;
2324                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2325                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2326                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2327                                 bit = bsfl(inuse);
2328                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2329                                 va = pv->pv_va;
2330                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2331                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2332                                         continue;
2333                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2334                                 tpte = *pte;
2335                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2336                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2337                                 pmap_pte_release(pte);
2338                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2339                                         continue;
2340                                 KASSERT(tpte != 0,
2341                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2342                                     pmap, va));
2343                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2344                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2345                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2346                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2347                                         vm_page_dirty(m);
2348                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2349                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2350                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2351                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2352                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2353                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2354                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2355                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2356                                                     PGA_WRITEABLE);
2357                                         }
2358                                 }
2359                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2360                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2361                                 freed++;
2362                         }
2363                 }
2364                 if (freed == 0) {
2365                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2366                         continue;
2367                 }
2368                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2369                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2370                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2371                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2372                 pv_entry_count -= freed;
2373                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2374                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2375                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2376                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2377                                     pc_list);
2378                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2379
2380                                 /*
2381                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2382                                  * sufficient.
2383                                  */
2384                                 if (pmap == locked_pmap)
2385                                         goto out;
2386                                 break;
2387                         }
2388                 if (field == _NPCM) {
2389                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2390                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2391                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2392                         /* Entire chunk is free; return it. */
2393                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2394                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2395                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2396                         break;
2397                 }
2398         }
2399 out:
2400         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2401         if (pmap != NULL) {
2402                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2403                 if (pmap != locked_pmap)
2404                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2405         }
2406         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2407                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2408                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2409                 /* Recycle a freed page table page. */
2410                 m_pc->wire_count = 1;
2411         }
2412         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2413         return (m_pc);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * free the pv_entry back to the free list
2418  */
2419 static void
2420 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2421 {
2422         struct pv_chunk *pc;
2423         int idx, field, bit;
2424
2425         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2426         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2427         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2428         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2429         pv_entry_count--;
2430         pc = pv_to_chunk(pv);
2431         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2432         field = idx / 32;
2433         bit = idx % 32;
2434         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2435         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2436                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2437                         /*
2438                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2439                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2440                          */
2441                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2442                             pc)) {
2443                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2444                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2445                                     pc_list);
2446                         }
2447                         return;
2448                 }
2449         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2450         free_pv_chunk(pc);
2451 }
2452
2453 static void
2454 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2455 {
2456         vm_page_t m;
2457
2458         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2459         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2460         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2461         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2462         /* entire chunk is free, return it */
2463         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2464         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2465         vm_page_unwire_noq(m);
2466         vm_page_free(m);
2467         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2468 }
2469
2470 /*
2471  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2472  * when needed.
2473  */
2474 static pv_entry_t
2475 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2476 {
2477         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2478         static struct timeval lastprint;
2479         int bit, field;
2480         pv_entry_t pv;
2481         struct pv_chunk *pc;
2482         vm_page_t m;
2483
2484         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2485         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2486         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2487         pv_entry_count++;
2488         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2489                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2490                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2491                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2492                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2493 retry:
2494         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2495         if (pc != NULL) {
2496                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2497                         if (pc->pc_map[field]) {
2498                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2499                                 break;
2500                         }
2501                 }
2502                 if (field < _NPCM) {
2503                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2504                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2505                         /* If this was the last item, move it to tail */
2506                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2507                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2508                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2509                                         return (pv);    /* not full, return */
2510                                 }
2511                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2512                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2513                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2514                         return (pv);
2515                 }
2516         }
2517         /*
2518          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2519          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2520          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2521          */
2522         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2523             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2524                 if (try) {
2525                         pv_entry_count--;
2526                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2527                         return (NULL);
2528                 }
2529                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2530                 if (m == NULL)
2531                         goto retry;
2532         }
2533         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2534         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2535         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2536         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2537         pc->pc_pmap = pmap;
2538         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2539         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2540                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2541         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2542         pv = &pc->pc_pventry[0];
2543         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2544         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2545         return (pv);
2546 }
2547
2548 static __inline pv_entry_t
2549 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2550 {
2551         pv_entry_t pv;
2552
2553         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2554         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2555                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2556                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2557                         break;
2558                 }
2559         }
2560         return (pv);
2561 }
2562
2563 static void
2564 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2565 {
2566         struct md_page *pvh;
2567         pv_entry_t pv;
2568         vm_offset_t va_last;
2569         vm_page_t m;
2570
2571         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2572         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2573             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2574
2575         /*
2576          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2577          * page's pv list.
2578          */
2579         pvh = pa_to_pvh(pa);
2580         va = trunc_4mpage(va);
2581         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2582         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2583         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2584         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2585         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2586         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2587         do {
2588                 m++;
2589                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2590                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2591                 va += PAGE_SIZE;
2592                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2593         } while (va < va_last);
2594 }
2595
2596 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2597 static void
2598 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2599 {
2600         struct md_page *pvh;
2601         pv_entry_t pv;
2602         vm_offset_t va_last;
2603         vm_page_t m;
2604
2605         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2606         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2607             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2608
2609         /*
2610          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2611          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2612          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2613          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2614          * removes one of the mappings that is being promoted.
2615          */
2616         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2617         va = trunc_4mpage(va);
2618         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2619         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2620         pvh = pa_to_pvh(pa);
2621         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2622         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2623         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2624         do {
2625                 m++;
2626                 va += PAGE_SIZE;
2627                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2628         } while (va < va_last);
2629 }
2630 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2631
2632 static void
2633 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2634 {
2635         pv_entry_t pv;
2636
2637         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2638         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2639         free_pv_entry(pmap, pv);
2640 }
2641
2642 static void
2643 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2644 {
2645         struct md_page *pvh;
2646
2647         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2648         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2649         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2650                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2651                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2652                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2653         }
2654 }
2655
2656 /*
2657  * Create a pv entry for page at pa for
2658  * (pmap, va).
2659  */
2660 static void
2661 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2662 {
2663         pv_entry_t pv;
2664
2665         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2666         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2667         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2668         pv->pv_va = va;
2669         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2670 }
2671
2672 /*
2673  * Conditionally create a pv entry.
2674  */
2675 static boolean_t
2676 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2677 {
2678         pv_entry_t pv;
2679
2680         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2681         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2682         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2683             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2684                 pv->pv_va = va;
2685                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2686                 return (TRUE);
2687         } else
2688                 return (FALSE);
2689 }
2690
2691 /*
2692  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2693  */
2694 static bool
2695 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2696 {
2697         struct md_page *pvh;
2698         pv_entry_t pv;
2699         bool noreclaim;
2700
2701         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2702         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2703         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2704             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2705                 return (false);
2706         pv->pv_va = va;
2707         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2708         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2709         return (true);
2710 }
2711
2712 /*
2713  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2714  */
2715 static void
2716 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2717 {
2718         pt_entry_t *pte;
2719
2720         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2721                 *pte = newpte;  
2722                 newpte += PAGE_SIZE;
2723         }
2724 }
2725
2726 /*
2727  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2728  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2729  */
2730 static boolean_t
2731 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2732 {
2733         pd_entry_t newpde, oldpde;
2734         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2735         vm_paddr_t mptepa;
2736         vm_page_t mpte;
2737         struct spglist free;
2738         vm_offset_t sva;
2739
2740         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2741         oldpde = *pde;
2742         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2743             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2744         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2745             NULL) {
2746                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2747                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2748                     " is missing"));
2749
2750                 /*
2751                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2752                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2753                  * allocation of the new page table page fails.
2754                  */
2755                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2756                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2757                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2758                         SLIST_INIT(&free);
2759                         sva = trunc_4mpage(va);
2760                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2761                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2762                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2763                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2764                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2765                             " in pmap %p", va, pmap);
2766                         return (FALSE);
2767                 }
2768                 if (pmap != kernel_pmap) {
2769                         mpte->wire_count = NPTEPG;
2770                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2771                 }
2772         }
2773         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2774
2775         /*
2776          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2777          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2778          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2779          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2780          */
2781         if (pmap == kernel_pmap)
2782                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2783         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2784                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2785                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2786 #ifdef SMP
2787                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2788 #endif
2789                         invlcaddr(PADDR1);
2790                         PMAP1changed++;
2791                 } else
2792 #ifdef SMP
2793                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2794                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2795                         invlcaddr(PADDR1);
2796                         PMAP1changedcpu++;
2797                 } else
2798 #endif
2799                         PMAP1unchanged++;
2800                 firstpte = PADDR1;
2801         } else {
2802                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2803                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2804                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2805                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2806                             (vm_offset_t)PADDR2);
2807                 }
2808                 firstpte = PADDR2;
2809         }
2810         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2811         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2812             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2813         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2814             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2815         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2816         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2817                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2818
2819         /*
2820          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2821          * initialize it.
2822          */
2823         if (mpte->valid == 0)
2824                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2825
2826         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2827             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2828             " addresses"));
2829
2830         /*
2831          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2832          * entries.
2833          */ 
2834         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2835                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2836         
2837         /*
2838          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2839          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2840          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2841          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2842          * the read above and the store below. 
2843          */
2844         if (workaround_erratum383)
2845                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2846         else if (pmap == kernel_pmap)
2847                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2848         else
2849                 pde_store(pde, newpde); 
2850         if (firstpte == PADDR2)
2851                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2852
2853         /*
2854          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2855          */
2856         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2857
2858         /*
2859          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2860          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2861          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2862          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2863          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2864          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2865          * the 2mpage to referencing the page table page.
2866          */
2867         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2868                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2869
2870         pmap_pde_demotions++;
2871         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2872             " in pmap %p", va, pmap);
2873         return (TRUE);
2874 }
2875
2876 /*
2877  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2878  */
2879 static void
2880 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2881 {
2882         pd_entry_t newpde;
2883         vm_paddr_t mptepa;
2884         vm_page_t mpte;
2885
2886         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2887         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2888         if (mpte == NULL)
2889                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2890
2891         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2892         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2893
2894         /*
2895          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2896          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2897          */
2898         if (mpte->valid != 0)
2899                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2900
2901         /*
2902          * Remove the mapping.
2903          */
2904         if (workaround_erratum383)
2905                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2906         else 
2907                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2908
2909         /*
2910          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2911          */
2912         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2913 }
2914
2915 /*
2916  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2917  */
2918 static void
2919 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2920     struct spglist *free)
2921 {
2922         struct md_page *pvh;
2923         pd_entry_t oldpde;
2924         vm_offset_t eva, va;
2925         vm_page_t m, mpte;
2926
2927         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2928         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2929             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2930         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2931         if (oldpde & PG_W)
2932                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2933
2934         /*
2935          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2936          * PG_G.
2937          */
2938         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2939                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2940
2941         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2942         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2943                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2944                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2945                 eva = sva + NBPDR;
2946                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2947                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2948                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2949                                 vm_page_dirty(m);
2950                         if (oldpde & PG_A)
2951                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2952                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2953                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2954                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2955                 }
2956         }
2957         if (pmap == kernel_pmap) {
2958                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
2959         } else {
2960                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2961                 if (mpte != NULL) {
2962                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2963                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
2964                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2965                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2966                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2967                         mpte->wire_count = 0;
2968                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2969                 }
2970         }
2971 }
2972
2973 /*
2974  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2975  */
2976 static int
2977 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2978     struct spglist *free)
2979 {
2980         pt_entry_t oldpte;
2981         vm_page_t m;
2982
2983         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2984         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2985         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2986         KASSERT(oldpte != 0,
2987             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
2988         if (oldpte & PG_W)
2989                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2990         /*
2991          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2992          * PG_G.
2993          */
2994         if (oldpte & PG_G)
2995                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
2996         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2997         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2998                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2999                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3000                         vm_page_dirty(m);
3001                 if (oldpte & PG_A)
3002                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3003                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3004         }
3005         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3006 }
3007
3008 /*
3009  * Remove a single page from a process address space
3010  */
3011 static void
3012 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3013 {
3014         pt_entry_t *pte;
3015
3016         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3017         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3018         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3019         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3020                 return;
3021         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3022         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3023 }
3024
3025 /*
3026  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3027  */
3028 static bool
3029 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3030     struct spglist *free)
3031 {
3032         pt_entry_t *pte;
3033         bool anyvalid;
3034
3035         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3036         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3037         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3038         anyvalid = false;
3039         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3040             sva += PAGE_SIZE) {
3041                 if (*pte == 0)
3042                         continue;
3043
3044                 /*
3045                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3046                  * pmap_remove_pte().
3047                  */
3048                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3049                         anyvalid = true;
3050
3051                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3052                         break;
3053         }
3054         return (anyvalid);
3055 }
3056
3057 /*
3058  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3059  *
3060  *      It is assumed that the start and end are properly
3061  *      rounded to the page size.
3062  */
3063 static void
3064 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3065 {
3066         vm_offset_t pdnxt;
3067         pd_entry_t ptpaddr;
3068         struct spglist free;
3069         int anyvalid;
3070
3071         /*
3072          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3073          */
3074         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3075                 return;
3076
3077         anyvalid = 0;
3078         SLIST_INIT(&free);
3079
3080         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3081         sched_pin();
3082         PMAP_LOCK(pmap);
3083
3084         /*
3085          * special handling of removing one page.  a very
3086          * common operation and easy to short circuit some
3087          * code.
3088          */
3089         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3090             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3091                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3092                 goto out;
3093         }
3094
3095         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3096                 u_int pdirindex;
3097
3098                 /*
3099                  * Calculate index for next page table.
3100                  */
3101                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3102                 if (pdnxt < sva)
3103                         pdnxt = eva;
3104                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3105                         break;
3106
3107                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3108                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3109
3110                 /*
3111                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3112                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3113                  */
3114                 if (ptpaddr == 0)
3115                         continue;
3116
3117                 /*
3118                  * Check for large page.
3119                  */
3120                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3121                         /*
3122                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3123                          * demote the mapping and fall through.
3124                          */
3125                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3126                                 /*
3127                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3128                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3129                                  */
3130                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3131                                         anyvalid = 1;
3132                                 pmap_remove_pde(pmap,
3133                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3134                                 continue;
3135                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3136                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3137                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3138                                 continue;
3139                         }
3140                 }
3141
3142                 /*
3143                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3144                  * by the current page table page, or to the end of the
3145                  * range being removed.
3146                  */
3147                 if (pdnxt > eva)
3148                         pdnxt = eva;
3149
3150                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3151                         anyvalid = 1;
3152         }
3153 out:
3154         sched_unpin();
3155         if (anyvalid)
3156                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3157         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3158         PMAP_UNLOCK(pmap);
3159         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3160 }
3161
3162 /*
3163  *      Routine:        pmap_remove_all
3164  *      Function:
3165  *              Removes this physical page from
3166  *              all physical maps in which it resides.
3167  *              Reflects back modify bits to the pager.
3168  *
3169  *      Notes:
3170  *              Original versions of this routine were very
3171  *              inefficient because they iteratively called
3172  *              pmap_remove (slow...)
3173  */
3174
3175 static void
3176 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3177 {
3178         struct md_page *pvh;
3179         pv_entry_t pv;
3180         pmap_t pmap;
3181         pt_entry_t *pte, tpte;
3182         pd_entry_t *pde;
3183         vm_offset_t va;
3184         struct spglist free;
3185
3186         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3187             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3188         SLIST_INIT(&free);
3189         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3190         sched_pin();
3191         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3192                 goto small_mappings;
3193         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3194         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3195                 va = pv->pv_va;
3196                 pmap = PV_PMAP(pv);
3197                 PMAP_LOCK(pmap);
3198                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3199                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3200                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3201         }
3202 small_mappings:
3203         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3204                 pmap = PV_PMAP(pv);
3205                 PMAP_LOCK(pmap);
3206                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3207                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3208                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3209                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3210                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3211                 tpte = pte_load_clear(pte);
3212                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3213                     pmap, pv->pv_va));
3214                 if (tpte & PG_W)
3215                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3216                 if (tpte & PG_A)
3217                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3218
3219                 /*
3220                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3221                  */
3222                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3223                         vm_page_dirty(m);
3224                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3225                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3226                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3227                 free_pv_entry(pmap, pv);
3228                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3229         }
3230         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3231         sched_unpin();
3232         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3233         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3234 }
3235
3236 /*
3237  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3238  */
3239 static boolean_t
3240 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3241 {
3242         pd_entry_t newpde, oldpde;
3243         vm_page_t m, mt;
3244         boolean_t anychanged;
3245
3246         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3247         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3248             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3249         anychanged = FALSE;
3250 retry:
3251         oldpde = newpde = *pde;
3252         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3253                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3254                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3255                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3256                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3257                                 vm_page_dirty(mt);
3258                 }
3259                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3260         }
3261 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3262         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3263                 newpde |= pg_nx;
3264 #endif
3265         if (newpde != oldpde) {
3266                 /*
3267                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3268                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3269                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3270                  */
3271                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3272                         goto retry;
3273                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3274                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3275                 else
3276                         anychanged = TRUE;
3277         }
3278         return (anychanged);
3279 }
3280
3281 /*
3282  *      Set the physical protection on the
3283  *      specified range of this map as requested.
3284  */
3285 static void
3286 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3287     vm_prot_t prot)
3288 {
3289         vm_offset_t pdnxt;
3290         pd_entry_t ptpaddr;
3291         pt_entry_t *pte;
3292         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3293
3294         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3295         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3296                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3297                 return;
3298         }
3299
3300 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3301         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3302             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3303                 return;
3304 #else
3305         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3306                 return;
3307 #endif
3308
3309         if (pmap_is_current(pmap))
3310                 pv_lists_locked = FALSE;
3311         else {
3312                 pv_lists_locked = TRUE;
3313 resume:
3314                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3315                 sched_pin();
3316         }
3317         anychanged = FALSE;
3318
3319         PMAP_LOCK(pmap);
3320         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3321                 pt_entry_t obits, pbits;
3322                 u_int pdirindex;
3323
3324                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3325                 if (pdnxt < sva)
3326                         pdnxt = eva;
3327
3328                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3329                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3330
3331                 /*
3332                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3333                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3334                  */
3335                 if (ptpaddr == 0)
3336                         continue;
3337
3338                 /*
3339                  * Check for large page.
3340                  */
3341                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3342                         /*
3343                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3344                          * demote the mapping and fall through.
3345                          */
3346                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3347                                 /*
3348                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3349                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3350                                  */
3351                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3352                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3353                                         anychanged = TRUE;
3354                                 continue;
3355                         } else {
3356                                 if (!pv_lists_locked) {
3357                                         pv_lists_locked = TRUE;
3358                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3359                                                 if (anychanged)
3360                                                         pmap_invalidate_all_int(
3361                                                             pmap);
3362                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3363                                                 goto resume;
3364                                         }
3365                                         sched_pin();
3366                                 }
3367                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3368                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3369                                         /*
3370                                          * The large page mapping was
3371                                          * destroyed.
3372                                          */
3373                                         continue;
3374                                 }
3375                         }
3376                 }
3377
3378                 if (pdnxt > eva)
3379                         pdnxt = eva;
3380
3381                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3382                     sva += PAGE_SIZE) {
3383                         vm_page_t m;
3384
3385 retry:
3386                         /*
3387                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3388                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3389                          * significant 32 bits.
3390                          */
3391                         obits = pbits = *pte;
3392                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3393                                 continue;
3394
3395                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3396                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3397                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3398                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3399                                         vm_page_dirty(m);
3400                                 }
3401                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3402                         }
3403 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3404                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3405                                 pbits |= pg_nx;
3406 #endif
3407
3408                         if (pbits != obits) {
3409 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3410                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3411                                         goto retry;
3412 #else
3413                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3414                                     pbits))
3415                                         goto retry;
3416 #endif
3417                                 if (obits & PG_G)
3418                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3419                                 else
3420                                         anychanged = TRUE;
3421                         }
3422                 }
3423         }
3424         if (anychanged)
3425                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3426         if (pv_lists_locked) {
3427                 sched_unpin();
3428                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3429         }
3430         PMAP_UNLOCK(pmap);
3431 }
3432
3433 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3434 /*
3435  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3436  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3437  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3438  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3439  * mappings must have identical characteristics.
3440  *
3441  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3442  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3443  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3444  * pmap.
3445  */
3446 static void
3447 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3448 {
3449         pd_entry_t newpde;
3450         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3451         vm_offset_t oldpteva;
3452         vm_page_t mpte;
3453
3454         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3455
3456         /*
3457          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3458          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3459          * within a 2- or 4MB page.
3460          */
3461         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3462 setpde:
3463         newpde = *firstpte;
3464         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3465                 pmap_pde_p_failures++;
3466                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3467                     " in pmap %p", va, pmap);
3468                 return;
3469         }
3470         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3471                 pmap_pde_p_failures++;
3472                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3473                     " in pmap %p", va, pmap);
3474                 return;
3475         }
3476         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3477                 /*
3478                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3479                  * a TLB invalidation.
3480                  */
3481                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3482                     ~PG_RW))  
3483                         goto setpde;
3484                 newpde &= ~PG_RW;
3485         }
3486
3487         /* 
3488          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3489          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3490          * characteristics to the first PTE.
3491          */
3492         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3493         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3494 setpte:
3495                 oldpte = *pte;
3496                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3497                         pmap_pde_p_failures++;
3498                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3499                             " in pmap %p", va, pmap);
3500                         return;
3501                 }
3502                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3503                         /*
3504                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3505                          * without a TLB invalidation.
3506                          */
3507                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3508                             oldpte & ~PG_RW))
3509                                 goto setpte;
3510                         oldpte &= ~PG_RW;
3511                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3512                             (va & ~PDRMASK);
3513                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3514                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3515                 }
3516                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3517                         pmap_pde_p_failures++;
3518                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3519                             " in pmap %p", va, pmap);
3520                         return;
3521                 }
3522                 pa -= PAGE_SIZE;
3523         }
3524
3525         /*
3526          * Save the page table page in its current state until the PDE
3527          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3528          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3529          */
3530         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3531         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3532             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3533             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3534         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3535             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3536         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3537                 pmap_pde_p_failures++;
3538                 CTR2(KTR_PMAP,
3539                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3540                     pmap);
3541                 return;
3542         }
3543
3544         /*
3545          * Promote the pv entries.
3546          */
3547         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3548                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3549
3550         /*
3551          * Propagate the PAT index to its proper position.
3552          */
3553         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3554                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3555
3556         /*
3557          * Map the superpage.
3558          */
3559         if (workaround_erratum383)
3560                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3561         else if (pmap == kernel_pmap)
3562                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3563         else
3564                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3565
3566         pmap_pde_promotions++;
3567         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3568             " in pmap %p", va, pmap);
3569 }
3570 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3571
3572 /*
3573  *      Insert the given physical page (p) at
3574  *      the specified virtual address (v) in the
3575  *      target physical map with the protection requested.
3576  *
3577  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3578  *      that the related pte can not be reclaimed.
3579  *
3580  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3581  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3582  *      insert this page into the given map NOW.
3583  */
3584 static int
3585 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3586     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3587 {
3588         pd_entry_t *pde;
3589         pt_entry_t *pte;
3590         pt_entry_t newpte, origpte;
3591         pv_entry_t pv;
3592         vm_paddr_t opa, pa;
3593         vm_page_t mpte, om;
3594         int rv;
3595
3596         va = trunc_page(va);
3597         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3598             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3599             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3600         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3601             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3602             va));
3603         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3604             va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3605             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3606         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3607                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3608         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3609             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3610         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3611         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3612         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3613                 newpte |= PG_M;
3614         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3615                 newpte |= PG_RW;
3616         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3617             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3618 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3619         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3620                 newpte |= pg_nx;
3621 #endif
3622         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3623                 newpte |= PG_W;
3624         if (pmap != kernel_pmap)
3625                 newpte |= PG_U;
3626         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3627         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3628                 newpte |= PG_MANAGED;
3629
3630         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3631         PMAP_LOCK(pmap);
3632         sched_pin();
3633         if (psind == 1) {
3634                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3635                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3636                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3637                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3638                 goto out;
3639         }
3640
3641         pde = pmap_pde(pmap, va);
3642         if (pmap != kernel_pmap) {
3643                 /*
3644                  * va is for UVA.
3645                  * In the case that a page table page is not resident,
3646                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3647                  * demotion.
3648                  */
3649                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3650                 if (mpte == NULL) {
3651                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3652                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3653                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3654                         goto out;
3655                 }
3656         } else {
3657                 /*
3658                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3659                  * to install a page table page.  PG_V is also
3660                  * asserted by pmap_demote_pde().
3661                  */
3662                 mpte = NULL;
3663                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3664                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3665                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3666                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3667                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3668         }
3669         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3670
3671         /*
3672          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3673          * happen.  We should have either allocated the page table
3674          * page or demoted the existing mapping above.
3675          */
3676         if (pte == NULL) {
3677                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3678                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3679         }
3680
3681         origpte = *pte;
3682         pv = NULL;
3683
3684         /*
3685          * Is the specified virtual address already mapped?
3686          */
3687         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3688                 /*
3689                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3690                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3691                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3692                  * the PT page will be also.
3693                  */
3694                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3695                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3696                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3697                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3698
3699                 /*
3700                  * Remove the extra PT page reference.
3701                  */
3702                 if (mpte != NULL) {
3703                         mpte->wire_count--;
3704                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3705                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3706                              " va: 0x%x", va));
3707                 }
3708
3709                 /*
3710                  * Has the physical page changed?
3711                  */
3712                 opa = origpte & PG_FRAME;
3713                 if (opa == pa) {
3714                         /*
3715                          * No, might be a protection or wiring change.
3716                          */
3717                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3718                             (newpte & PG_RW) != 0)
3719                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3720                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3721                                 goto unchanged;
3722                         goto validate;
3723                 }
3724
3725                 /*
3726                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3727                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3728                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3729                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3730                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3731                  * avoiding an allocation.
3732                  *
3733                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3734                  */
3735                 origpte = pte_load_clear(pte);
3736                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3737                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3738                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3739                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3740
3741                         /*
3742                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3743                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3744                          * pmap_ts_referenced().
3745                          */
3746                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3747                                 vm_page_dirty(om);
3748                         if ((origpte & PG_A) != 0)
3749                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3750                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3751                         KASSERT(pv != NULL,
3752                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3753                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3754                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3755                         if ((vm_page_aflags(om) & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3756                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3757                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3758                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3759                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3760                 }
3761                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3762                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3763                 origpte = 0;
3764         } else {
3765                 /*
3766                  * Increment the counters.
3767                  */
3768                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3769                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3770                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3771         }
3772
3773         /*
3774          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3775          */
3776         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3777                 if (pv == NULL) {
3778                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3779                         pv->pv_va = va;
3780                 }
3781                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3782                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3783                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3784         }
3785
3786         /*
3787          * Update the PTE.
3788          */
3789         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3790 validate:
3791                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3792                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3793                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3794                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3795                     (PG_M | PG_RW)) {
3796                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3797                                 vm_page_dirty(m);
3798
3799                         /*
3800                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3801                          * invalidation may nonetheless be required because
3802                          * the PTE no longer has PG_M set.
3803                          */
3804                 }
3805 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3806                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3807                         /*
3808                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3809                          */
3810                         goto unchanged;
3811                 }
3812 #endif
3813                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3814                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3815         } else
3816                 pte_store_zero(pte, newpte);
3817
3818 unchanged:
3819
3820 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3821         /*
3822          * If both the page table page and the reservation are fully
3823          * populated, then attempt promotion.
3824          */
3825         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3826             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3827             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3828                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3829 #endif
3830
3831         rv = KERN_SUCCESS;
3832 out:
3833         sched_unpin();
3834         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3835         PMAP_UNLOCK(pmap);
3836         return (rv);
3837 }
3838
3839 /*
3840  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3841  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3842  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3843  * reclaiming another PV entry.
3844  */
3845 static bool
3846 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3847 {
3848         pd_entry_t newpde;
3849
3850         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3851         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3852             PG_PS | PG_V;
3853         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3854                 newpde |= PG_MANAGED;
3855 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3856         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3857                 newpde |= pg_nx;
3858 #endif
3859         if (pmap != kernel_pmap)
3860                 newpde |= PG_U;
3861         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3862             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3863             KERN_SUCCESS);
3864 }
3865
3866 /*
3867  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3868  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3869  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3870  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3871  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3872  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3873  *
3874  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3875  */
3876 static int
3877 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3878     vm_page_t m)
3879 {
3880         struct spglist free;
3881         pd_entry_t oldpde, *pde;
3882         vm_page_t mt;
3883
3884         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3885         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3886             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3887         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3888             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3889         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3890         pde = pmap_pde(pmap, va);
3891         oldpde = *pde;
3892         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3893                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
3894                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3895                             " in pmap %p", va, pmap);
3896                         return (KERN_FAILURE);
3897                 }
3898                 /* Break the existing mapping(s). */
3899                 SLIST_INIT(&free);
3900                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3901                         /*
3902                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3903                          * reserved PT page could be freed.
3904                          */
3905                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3906                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3907                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3908                 } else {
3909                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3910                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3911                 }
3912                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3913                 if (pmap == kernel_pmap) {
3914                         /*
3915                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
3916                          * leave the kernel page table page zero filled.
3917                          */
3918                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3919                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3920                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
3921                 } else
3922                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3923                             pde));
3924         }
3925         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
3926                 /*
3927                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3928                  */
3929                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
3930                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3931                             " in pmap %p", va, pmap);
3932                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3933                 }
3934                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
3935                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3936                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3937                 }
3938         }
3939
3940         /*
3941          * Increment counters.
3942          */
3943         if ((newpde & PG_W) != 0)
3944                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3945         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3946
3947         /*
3948          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
3949          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
3950          */
3951         pde_store(pde, newpde);
3952
3953         pmap_pde_mappings++;
3954         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3955             " in pmap %p", va, pmap);
3956         return (KERN_SUCCESS);
3957 }
3958
3959 /*
3960  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3961  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3962  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3963  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3964  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3965  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3966  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3967  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3968  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3969  * corresponding offset from m_start are mapped.
3970  */
3971 static void
3972 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3973     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3974 {
3975         vm_offset_t va;
3976         vm_page_t m, mpte;
3977         vm_pindex_t diff, psize;
3978
3979         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3980
3981         psize = atop(end - start);
3982         mpte = NULL;
3983         m = m_start;
3984         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3985         PMAP_LOCK(pmap);
3986         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3987                 va = start + ptoa(diff);
3988                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3989                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
3990                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
3991                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3992                 else
3993                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3994                             mpte);
3995                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3996         }
3997         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3998         PMAP_UNLOCK(pmap);
3999 }
4000
4001 /*
4002  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4003  * 1. Current pmap & pmap exists.
4004  * 2. Not wired.
4005  * 3. Read access.
4006  * 4. No page table pages.
4007  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4008  */
4009
4010 static void
4011 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4012     vm_prot_t prot)
4013 {
4014
4015         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4016         PMAP_LOCK(pmap);
4017         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4018         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4019         PMAP_UNLOCK(pmap);
4020 }
4021
4022 static vm_page_t
4023 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4024     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4025 {
4026         pt_entry_t newpte, *pte;
4027         struct spglist free;
4028
4029         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
4030             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4031             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4032         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4033         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4034
4035         /*
4036          * In the case that a page table page is not
4037          * resident, we are creating it here.
4038          */
4039         if (pmap != kernel_pmap) {
4040                 u_int ptepindex;
4041                 pd_entry_t ptepa;
4042
4043                 /*
4044                  * Calculate pagetable page index
4045                  */
4046                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4047                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4048                         mpte->wire_count++;
4049                 } else {
4050                         /*
4051                          * Get the page directory entry
4052                          */
4053                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4054
4055                         /*
4056                          * If the page table page is mapped, we just increment
4057                          * the hold count, and activate it.
4058                          */
4059                         if (ptepa) {
4060                                 if (ptepa & PG_PS)
4061                                         return (NULL);
4062                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4063                                 mpte->wire_count++;
4064                         } else {
4065                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4066                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4067                                 if (mpte == NULL)
4068                                         return (mpte);
4069                         }
4070                 }
4071         } else {
4072                 mpte = NULL;
4073         }
4074
4075         sched_pin();
4076         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4077         if (*pte) {
4078                 if (mpte != NULL) {
4079                         mpte->wire_count--;
4080                         mpte = NULL;
4081                 }
4082                 sched_unpin();
4083                 return (mpte);
4084         }
4085
4086         /*
4087          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4088          */
4089         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4090             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4091                 if (mpte != NULL) {
4092                         SLIST_INIT(&free);
4093                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
4094                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
4095                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4096                         }
4097                         
4098                         mpte = NULL;
4099                 }
4100                 sched_unpin();
4101                 return (mpte);
4102         }
4103
4104         /*
4105          * Increment counters
4106          */
4107         pmap->pm_stats.resident_count++;
4108
4109         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4110             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4111         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4112                 newpte |= PG_MANAGED;
4113 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4114         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4115                 newpte |= pg_nx;
4116 #endif
4117         if (pmap != kernel_pmap)
4118                 newpte |= PG_U;
4119         pte_store_zero(pte, newpte);
4120         sched_unpin();
4121         return (mpte);
4122 }
4123
4124 /*
4125  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4126  * to be used for panic dumps.
4127  */
4128 static void *
4129 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4130 {
4131         vm_offset_t va;
4132
4133         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4134         pmap_kenter(va, pa);
4135         invlpg(va);
4136         return ((void *)crashdumpmap);
4137 }
4138
4139 /*
4140  * This code maps large physical mmap regions into the
4141  * processor address space.  Note that some shortcuts
4142  * are taken, but the code works.
4143  */
4144 static void
4145 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4146     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4147 {
4148         pd_entry_t *pde;
4149         vm_paddr_t pa, ptepa;
4150         vm_page_t p;
4151         int pat_mode;
4152
4153         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4154         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4155             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4156         if (pg_ps_enabled &&
4157             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4158                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4159                         return;
4160                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4161                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4162                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4163                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4164
4165                 /*
4166                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4167                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4168                  */
4169                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4170                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4171                         return;
4172
4173                 /*
4174                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4175                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4176                  * memory attributes.
4177                  */
4178                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4179                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4180                     pa += PAGE_SIZE) {
4181                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4182                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4183                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4184                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4185                                 return;
4186                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4187                 }
4188
4189                 /*
4190                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4191                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4192                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4193                  */
4194                 PMAP_LOCK(pmap);
4195                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4196                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4197                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4198                         if (*pde == 0) {
4199                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4200                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4201                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4202                                     PAGE_SIZE;
4203                                 pmap_pde_mappings++;
4204                         }
4205                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4206                         addr += NBPDR;
4207                 }
4208                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4209         }
4210 }
4211
4212 /*
4213  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4214  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4215  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4216  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4217  *
4218  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4219  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4220  */
4221 static void
4222 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4223 {
4224         vm_offset_t pdnxt;
4225         pd_entry_t *pde;
4226         pt_entry_t *pte;
4227         boolean_t pv_lists_locked;
4228
4229         if (pmap_is_current(pmap))
4230                 pv_lists_locked = FALSE;
4231         else {
4232                 pv_lists_locked = TRUE;
4233 resume:
4234                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4235                 sched_pin();
4236         }
4237         PMAP_LOCK(pmap);
4238         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4239                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4240                 if (pdnxt < sva)
4241                         pdnxt = eva;
4242                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4243                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4244                         continue;
4245                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4246                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4247                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4248                                     (uintmax_t)*pde);
4249
4250                         /*
4251                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4252                          * demote the mapping and fall through.
4253                          */
4254                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4255                                 /*
4256                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4257                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4258                                  * significant 32 bits.
4259                                  */
4260                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4261                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4262                                     PAGE_SIZE;
4263                                 continue;
4264                         } else {
4265                                 if (!pv_lists_locked) {
4266                                         pv_lists_locked = TRUE;
4267                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4268                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4269                                                 /* Repeat sva. */
4270                                                 goto resume;
4271                                         }
4272                                         sched_pin();
4273                                 }
4274                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4275                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4276                         }
4277                 }
4278                 if (pdnxt > eva)
4279                         pdnxt = eva;
4280                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4281                     sva += PAGE_SIZE) {
4282                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4283                                 continue;
4284                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4285                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4286                                     (uintmax_t)*pte);
4287
4288                         /*
4289                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4290                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4291                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4292                          *
4293                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4294                          */
4295                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4296                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4297                 }
4298         }
4299         if (pv_lists_locked) {
4300                 sched_unpin();
4301                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4302         }
4303         PMAP_UNLOCK(pmap);
4304 }
4305
4306
4307 /*
4308  *      Copy the range specified by src_addr/len
4309  *      from the source map to the range dst_addr/len
4310  *      in the destination map.
4311  *
4312  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4313  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4314  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4315  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4316  *      world.
4317  */
4318
4319 static void
4320 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4321     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4322 {
4323         struct spglist free;
4324         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4325         pd_entry_t srcptepaddr;
4326         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4327         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4328         u_int ptepindex;
4329
4330         if (dst_addr != src_addr)
4331                 return;
4332
4333         end_addr = src_addr + len;
4334
4335         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4336         if (dst_pmap < src_pmap) {
4337                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4338                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4339         } else {
4340                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4341                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4342         }
4343         sched_pin();
4344         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4345                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4346                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4347
4348                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4349                 if (pdnxt < addr)
4350                         pdnxt = end_addr;
4351                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4352
4353                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4354                 if (srcptepaddr == 0)
4355                         continue;
4356
4357                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4358                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4359                                 continue;
4360                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4361                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4362                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4363                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4364                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4365                                     ~PG_W;
4366                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4367                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4368                                 pmap_pde_mappings++;
4369                         }
4370                         continue;
4371                 }
4372
4373                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4374                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4375                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4376
4377                 if (pdnxt > end_addr)
4378                         pdnxt = end_addr;
4379
4380                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4381                 while (addr < pdnxt) {
4382                         ptetemp = *src_pte;
4383                         /*
4384                          * we only virtual copy managed pages
4385                          */
4386                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4387                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4388                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4389                                 if (dstmpte == NULL)
4390                                         goto out;
4391                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4392                                 if (*dst_pte == 0 &&
4393                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4394                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4395                                         /*
4396                                          * Clear the wired, modified, and
4397                                          * accessed (referenced) bits
4398                                          * during the copy.
4399                                          */
4400                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4401                                             PG_A);
4402                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4403                                 } else {
4404                                         SLIST_INIT(&free);
4405                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, dstmpte,
4406                                             &free)) {
4407                                                 pmap_invalidate_page_int(
4408                                                     dst_pmap, addr);
4409                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
4410                                                     true);
4411                                         }
4412                                         goto out;
4413                                 }
4414                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4415                                         break;
4416                         }
4417                         addr += PAGE_SIZE;
4418                         src_pte++;
4419                 }
4420         }
4421 out:
4422         sched_unpin();
4423         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4424         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4425         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4426 }
4427
4428 /*
4429  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4430  */
4431 static __inline void
4432 pagezero(void *page)
4433 {
4434 #if defined(I686_CPU)
4435         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4436                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4437                         sse2_pagezero(page);
4438                 else
4439                         i686_pagezero(page);
4440         } else
4441 #endif
4442                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4443 }
4444
4445 /*
4446  * Zero the specified hardware page.
4447  */
4448 static void
4449 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4450 {
4451         pt_entry_t *cmap_pte2;
4452         struct pcpu *pc;
4453
4454         sched_pin();
4455         pc = get_pcpu();
4456         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4457         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4458         if (*cmap_pte2)
4459                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4460         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4461             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4462         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4463         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4464         *cmap_pte2 = 0;
4465
4466         /*
4467          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4468          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4469          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4470          */
4471         sched_unpin();
4472         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4473 }
4474
4475 /*
4476  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4477  * cover an area beyond a single hardware page.
4478  */
4479 static void
4480 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4481 {
4482         pt_entry_t *cmap_pte2;
4483         struct pcpu *pc;
4484
4485         sched_pin();
4486         pc = get_pcpu();
4487         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4488         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4489         if (*cmap_pte2)
4490                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4491         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4492             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4493         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4494         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4495                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4496         else
4497                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4498         *cmap_pte2 = 0;
4499         sched_unpin();
4500         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4501 }
4502
4503 /*
4504  * Copy 1 specified hardware page to another.
4505  */
4506 static void
4507 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4508 {
4509         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4510         struct pcpu *pc;
4511
4512         sched_pin();
4513         pc = get_pcpu();
4514         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4515         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4516         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4517         if (*cmap_pte1)
4518                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4519         if (*cmap_pte2)
4520                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4521         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4522             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4523         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4524         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4525             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4526         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4527         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4528         *cmap_pte1 = 0;
4529         *cmap_pte2 = 0;
4530         sched_unpin();
4531         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4532 }
4533
4534 static void
4535 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4536     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4537 {
4538         vm_page_t a_pg, b_pg;
4539         char *a_cp, *b_cp;
4540         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4541         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4542         struct pcpu *pc;
4543         int cnt;
4544
4545         sched_pin();
4546         pc = get_pcpu();
4547         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4548         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4549         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4550         if (*cmap_pte1 != 0)
4551                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4552         if (*cmap_pte2 != 0)
4553                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4554         while (xfersize > 0) {
4555                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4556                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4557                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4558                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4559                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4560                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4561                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4562                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4563                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4564                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4565                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4566                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4567                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4568                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4569                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4570                 a_offset += cnt;
4571                 b_offset += cnt;
4572                 xfersize -= cnt;
4573         }
4574         *cmap_pte1 = 0;
4575         *cmap_pte2 = 0;
4576         sched_unpin();
4577         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4578 }
4579
4580 /*
4581  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4582  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4583  * be changed upwards or downwards in the future; it
4584  * is only necessary that true be returned for a small
4585  * subset of pmaps for proper page aging.
4586  */
4587 static boolean_t
4588 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4589 {
4590         struct md_page *pvh;
4591         pv_entry_t pv;
4592         int loops = 0;
4593         boolean_t rv;
4594
4595         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4596             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4597         rv = FALSE;
4598         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4599         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4600                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4601                         rv = TRUE;
4602                         break;
4603                 }
4604                 loops++;
4605                 if (loops >= 16)
4606                         break;
4607         }
4608         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4609                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4610                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4611                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4612                                 rv = TRUE;
4613                                 break;
4614                         }
4615                         loops++;
4616                         if (loops >= 16)
4617                                 break;
4618                 }
4619         }
4620         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4621         return (rv);
4622 }
4623
4624 /*
4625  *      pmap_page_wired_mappings:
4626  *
4627  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4628  *      that are wired.
4629  */
4630 static int
4631 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4632 {
4633         int count;
4634
4635         count = 0;
4636         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4637                 return (count);
4638         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4639         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4640         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4641             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4642                 count);
4643         }
4644         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4645         return (count);
4646 }
4647
4648 /*
4649  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4650  *
4651  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4652  */
4653 static int
4654 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4655 {
4656         pmap_t pmap;
4657         pt_entry_t *pte;
4658         pv_entry_t pv;
4659
4660         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4661         sched_pin();
4662         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4663                 pmap = PV_PMAP(pv);
4664                 PMAP_LOCK(pmap);
4665                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4666                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4667                         count++;
4668                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4669         }
4670         sched_unpin();
4671         return (count);
4672 }
4673
4674 /*
4675  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4676  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4677  */
4678 static boolean_t
4679 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4680 {
4681         boolean_t rv;
4682
4683         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4684                 return (FALSE);
4685         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4686         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4687             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4688             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4689         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4690         return (rv);
4691 }
4692
4693 /*
4694  * Remove all pages from specified address space
4695  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4696  * is special cased for current process only, but
4697  * can have the more generic (and slightly slower)
4698  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4699  * in the case of running down an entire address space.
4700  */
4701 static void
4702 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4703 {
4704         pt_entry_t *pte, tpte;
4705         vm_page_t m, mpte, mt;
4706         pv_entry_t pv;
4707         struct md_page *pvh;
4708         struct pv_chunk *pc, *npc;
4709         struct spglist free;
4710         int field, idx;
4711         int32_t bit;
4712         uint32_t inuse, bitmask;
4713         int allfree;
4714
4715         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4716                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4717                 return;
4718         }
4719         SLIST_INIT(&free);
4720         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4721         PMAP_LOCK(pmap);
4722         sched_pin();
4723         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4724                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4725                     pc->pc_pmap));
4726                 allfree = 1;
4727                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4728                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4729                         while (inuse != 0) {
4730                                 bit = bsfl(inuse);
4731                                 bitmask = 1UL << bit;
4732                                 idx = field * 32 + bit;
4733                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4734                                 inuse &= ~bitmask;
4735
4736                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4737                                 tpte = *pte;
4738                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4739                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4740                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4741                                 }
4742
4743                                 if (tpte == 0) {
4744                                         printf(
4745                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4746                                             pte, pv->pv_va);
4747                                         panic("bad pte");
4748                                 }
4749
4750 /*
4751  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4752  */
4753                                 if (tpte & PG_W) {
4754                                         allfree = 0;
4755                                         continue;
4756                                 }
4757
4758                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4759                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4760                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4761                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4762                                     (uintmax_t)tpte));
4763
4764                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4765                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4766                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4767                                     (uintmax_t)tpte));
4768
4769                                 pte_clear(pte);
4770
4771                                 /*
4772                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4773                                  */
4774                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4775                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4776                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4777                                                         vm_page_dirty(mt);
4778                                         } else
4779                                                 vm_page_dirty(m);
4780                                 }
4781
4782                                 /* Mark free */
4783                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4784                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4785                                 pv_entry_count--;
4786                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4787                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4788                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4789                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4790                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4791                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4792                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4793                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4794                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4795                                         }
4796                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4797                                         if (mpte != NULL) {
4798                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4799                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4800                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4801                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4802                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4803                                                 mpte->wire_count = 0;
4804                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4805                                         }
4806                                 } else {
4807                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4808                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4809                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4810                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4811                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4812                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4813                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4814                                         }
4815                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4816                                 }
4817                         }
4818                 }
4819                 if (allfree) {
4820                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4821                         free_pv_chunk(pc);
4822                 }
4823         }
4824         sched_unpin();
4825         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4826         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4827         PMAP_UNLOCK(pmap);
4828         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4829 }
4830
4831 /*
4832  *      pmap_is_modified:
4833  *
4834  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4835  *      in any physical maps.
4836  */
4837 static boolean_t
4838 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4839 {
4840         boolean_t rv;
4841
4842         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4843             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4844
4845         /*
4846          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4847          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4848          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4849          */
4850         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4851         if (!vm_page_xbusied(m) && (vm_page_aflags(m) & PGA_WRITEABLE) == 0)
4852                 return (FALSE);
4853         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4854         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4855             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4856             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4857         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4858         return (rv);
4859 }
4860
4861 /*
4862  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4863  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4864  * mappings are supported.
4865  */
4866 static boolean_t
4867 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4868 {
4869         pv_entry_t pv;
4870         pt_entry_t *pte;
4871         pmap_t pmap;
4872         boolean_t rv;
4873
4874         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4875         rv = FALSE;
4876         sched_pin();
4877         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4878                 pmap = PV_PMAP(pv);
4879                 PMAP_LOCK(pmap);
4880                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4881                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4882                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4883                 if (rv)
4884                         break;
4885         }
4886         sched_unpin();
4887         return (rv);
4888 }
4889
4890 /*
4891  *      pmap_is_prefaultable:
4892  *
4893  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4894  *      for prefault.
4895  */
4896 static boolean_t
4897 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4898 {
4899         pd_entry_t pde;
4900         boolean_t rv;
4901
4902         rv = FALSE;
4903         PMAP_LOCK(pmap);
4904         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4905         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4906                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4907         PMAP_UNLOCK(pmap);
4908         return (rv);
4909 }
4910
4911 /*
4912  *      pmap_is_referenced:
4913  *
4914  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4915  *      in any physical maps.
4916  */
4917 static boolean_t
4918 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4919 {
4920         boolean_t rv;
4921
4922         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4923             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4924         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4925         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4926             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4927             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4928         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4929         return (rv);
4930 }
4931
4932 /*
4933  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4934  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4935  */
4936 static boolean_t
4937 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4938 {
4939         pv_entry_t pv;
4940         pt_entry_t *pte;
4941         pmap_t pmap;
4942         boolean_t rv;
4943
4944         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4945         rv = FALSE;
4946         sched_pin();
4947         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4948                 pmap = PV_PMAP(pv);
4949                 PMAP_LOCK(pmap);
4950                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4951                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4952                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4953                 if (rv)
4954                         break;
4955         }
4956         sched_unpin();
4957         return (rv);
4958 }
4959
4960 /*
4961  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4962  */
4963 static void
4964 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
4965 {
4966         struct md_page *pvh;
4967         pv_entry_t next_pv, pv;
4968         pmap_t pmap;
4969         pd_entry_t *pde;
4970         pt_entry_t oldpte, *pte;
4971         vm_offset_t va;
4972
4973         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4974             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4975
4976         /*
4977          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4978          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4979          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4980          */
4981         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4982         if (!vm_page_xbusied(m) && (vm_page_aflags(m) & PGA_WRITEABLE) == 0)
4983                 return;
4984         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4985         sched_pin();
4986         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4987                 goto small_mappings;
4988         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4989         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4990                 va = pv->pv_va;
4991                 pmap = PV_PMAP(pv);
4992                 PMAP_LOCK(pmap);
4993                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4994                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4995                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4996                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4997         }
4998 small_mappings:
4999         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5000                 pmap = PV_PMAP(pv);
5001                 PMAP_LOCK(pmap);
5002                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5003                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5004                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5005                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5006 retry:
5007                 oldpte = *pte;
5008                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5009                         /*
5010                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5011                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5012                          * significant 32 bits.
5013                          */
5014                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5015                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5016                                 goto retry;
5017                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5018                                 vm_page_dirty(m);
5019                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5020                 }
5021                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5022         }
5023         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5024         sched_unpin();
5025         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5026 }
5027
5028 /*
5029  *      pmap_ts_referenced:
5030  *
5031  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5032  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5033  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5034  *      reference bits set.
5035  *
5036  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5037  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5038  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5039  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5040  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5041  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5042  *      to pmap_is_modified().
5043  */
5044 static int
5045 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5046 {
5047         struct md_page *pvh;
5048         pv_entry_t pv, pvf;
5049         pmap_t pmap;
5050         pd_entry_t *pde;
5051         pt_entry_t *pte;
5052         vm_paddr_t pa;
5053         int rtval = 0;
5054
5055         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5056             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5057         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5058         pvh = pa_to_pvh(pa);
5059         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5060         sched_pin();
5061         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5062             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5063                 goto small_mappings;
5064         pv = pvf;
5065         do {
5066                 pmap = PV_PMAP(pv);
5067                 PMAP_LOCK(pmap);
5068                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5069                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5070                         /*
5071                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5072                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5073                          * we only update the 4KB page under test.
5074                          */
5075                         vm_page_dirty(m);
5076                 }
5077                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5078                         /*
5079                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5080                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5081                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5082                          * on the physical page number, the virtual superpage
5083                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5084                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5085                          * reference bit will result in clearing that bit.
5086                          * This function is designed to avoid the selection of
5087                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5088                          *
5089                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5090                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5091                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5092                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5093                          * since the superpage is wired, the current state of
5094                          * its reference bit won't affect page replacement.
5095                          */
5096                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5097                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5098                             (*pde & PG_W) == 0) {
5099                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5100                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5101                         }
5102                         rtval++;
5103                 }
5104                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5105                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5106                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5107                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5108                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5109                 }
5110                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5111                         goto out;
5112         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5113 small_mappings:
5114         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5115                 goto out;
5116         pv = pvf;
5117         do {
5118                 pmap = PV_PMAP(pv);
5119                 PMAP_LOCK(pmap);
5120                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5121                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5122                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5123                     m));
5124                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5125                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5126                         vm_page_dirty(m);
5127                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5128                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5129                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5130                         rtval++;
5131                 }
5132                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5133                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5134                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5135                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5136                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5137                 }
5138         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5139             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5140 out:
5141         sched_unpin();
5142         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5143         return (rtval);
5144 }
5145
5146 /*
5147  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5148  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5149  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5150  */
5151 static void
5152 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5153     int advice)
5154 {
5155         pd_entry_t oldpde, *pde;
5156         pt_entry_t *pte;
5157         vm_offset_t va, pdnxt;
5158         vm_page_t m;
5159         bool anychanged, pv_lists_locked;
5160
5161         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5162                 return;
5163         if (pmap_is_current(pmap))
5164                 pv_lists_locked = false;
5165         else {
5166                 pv_lists_locked = true;
5167 resume:
5168                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5169                 sched_pin();
5170         }
5171         anychanged = false;
5172         PMAP_LOCK(pmap);
5173         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5174                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5175                 if (pdnxt < sva)
5176                         pdnxt = eva;
5177                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5178                 oldpde = *pde;
5179                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5180                         continue;
5181                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5182                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5183                                 continue;
5184                         if (!pv_lists_locked) {
5185                                 pv_lists_locked = true;
5186                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5187                                         if (anychanged)
5188                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5189                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5190                                         goto resume;
5191                                 }
5192                                 sched_pin();
5193                         }
5194                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5195                                 /*
5196                                  * The large page mapping was destroyed.
5197                                  */
5198                                 continue;
5199                         }
5200
5201                         /*
5202                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5203                          * mapping to a single page so that a subsequent
5204                          * access may repromote.  Choosing the last page
5205                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5206                          * generally results in more repromotions.  Since the
5207                          * underlying page table page is fully populated, this
5208                          * removal never frees a page table page.
5209                          */
5210                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5211                                 va = eva;
5212                                 if (va > pdnxt)
5213                                         va = pdnxt;
5214                                 va -= PAGE_SIZE;
5215                                 KASSERT(va >= sva,
5216                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5217                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5218                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5219                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5220                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5221                                 anychanged = true;
5222                         }
5223                 }
5224                 if (pdnxt > eva)
5225                         pdnxt = eva;
5226                 va = pdnxt;
5227                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5228                     sva += PAGE_SIZE) {
5229                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5230                                 goto maybe_invlrng;
5231                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5232                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5233                                         /*
5234                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5235                                          * can be avoided by making the page
5236                                          * dirty now.
5237                                          */
5238                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5239                                         vm_page_dirty(m);
5240                                 }
5241                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5242                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5243                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5244                         else
5245                                 goto maybe_invlrng;
5246                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5247                                 if (va == pdnxt)
5248                                         va = sva;
5249                         } else
5250                                 anychanged = true;
5251                         continue;
5252 maybe_invlrng:
5253                         if (va != pdnxt) {
5254                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5255                                 va = pdnxt;
5256                         }
5257                 }
5258                 if (va != pdnxt)
5259                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5260         }
5261         if (anychanged)
5262                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5263         if (pv_lists_locked) {
5264                 sched_unpin();
5265                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5266         }
5267         PMAP_UNLOCK(pmap);
5268 }
5269
5270 /*
5271  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5272  */
5273 static void
5274 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5275 {
5276         struct md_page *pvh;
5277         pv_entry_t next_pv, pv;
5278         pmap_t pmap;
5279         pd_entry_t oldpde, *pde;
5280         pt_entry_t *pte;
5281         vm_offset_t va;
5282
5283         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5284             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5285         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5286         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5287             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5288
5289         /*
5290          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5291          * If the object containing the page is locked and the page is not
5292          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5293          */
5294         if ((vm_page_aflags(m) & PGA_WRITEABLE) == 0)
5295                 return;
5296         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5297         sched_pin();
5298         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5299                 goto small_mappings;
5300         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5301         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5302                 va = pv->pv_va;
5303                 pmap = PV_PMAP(pv);
5304                 PMAP_LOCK(pmap);
5305                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5306                 oldpde = *pde;
5307                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5308                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5309                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5310                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5311                         /*
5312                          * Write protect the mapping to a single page so that
5313                          * a subsequent write access may repromote.
5314                          */
5315                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5316                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5317                         /*
5318                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5319                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5320                          * significant 32 bits.
5321                          */
5322                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5323                         vm_page_dirty(m);
5324                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5325                 }
5326                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5327         }
5328 small_mappings:
5329         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5330                 pmap = PV_PMAP(pv);
5331                 PMAP_LOCK(pmap);
5332                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5333                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5334                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5335                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5336                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5337                         /*
5338                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5339                          * in size, PG_M is among the least significant
5340                          * 32 bits. 
5341                          */
5342                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5343                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5344                 }
5345                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5346         }
5347         sched_unpin();
5348         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5349 }
5350
5351 /*
5352  * Miscellaneous support routines follow
5353  */
5354
5355 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5356 static __inline void
5357 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5358 {
5359         u_int opte, npte;
5360
5361         /*
5362          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5363          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5364          */
5365         do {
5366                 opte = *(u_int *)pte;
5367                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5368                 npte |= cache_bits;
5369         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5370 }
5371
5372 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5373 static __inline void
5374 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5375 {
5376         u_int opde, npde;
5377
5378         /*
5379          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5380          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5381          */
5382         do {
5383                 opde = *(u_int *)pde;
5384                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5385                 npde |= cache_bits;
5386         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5387 }
5388
5389 /*
5390  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5391  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5392  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5393  * NOT real memory.
5394  */
5395 static void *
5396 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5397     int flags)
5398 {
5399         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5400         vm_offset_t va, offset;
5401         vm_page_t m;
5402         vm_size_t tmpsize;
5403         int i;
5404
5405         offset = pa & PAGE_MASK;
5406         size = round_page(offset + size);
5407         pa = pa & PG_FRAME;
5408
5409         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5410                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5411                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5412                         return ((void *)(va + offset));
5413         } else if (!pmap_initialized) {
5414                 va = 0;
5415                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5416                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5417                         if (ppim->va == 0) {
5418                                 ppim->pa = pa;
5419                                 ppim->sz = size;
5420                                 ppim->mode = mode;
5421                                 ppim->va = virtual_avail;
5422                                 virtual_avail += size;
5423                                 va = ppim->va;
5424                                 break;
5425                         }
5426                 }
5427                 if (va == 0)
5428                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5429         } else {
5430                 /*
5431                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5432                  */
5433                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5434                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5435                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5436                             (ppim->mode == mode ||
5437                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5438                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5439                 }
5440                 va = kva_alloc(size);
5441                 if (va == 0)
5442                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5443         }
5444         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5445                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5446                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5447                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5448                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5449                                     m->md.pat_mode);
5450                                 continue;
5451                         }
5452                 }
5453                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5454         }
5455         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5456         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5457         return ((void *)(va + offset));
5458 }
5459
5460 static void
5461 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5462 {
5463         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5464         vm_offset_t offset;
5465         int i;
5466
5467         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5468                 return;
5469         offset = va & PAGE_MASK;
5470         size = round_page(offset + size);
5471         va = trunc_page(va);
5472         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5473                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5474                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5475                         if (pmap_initialized)
5476                                 return;
5477                         ppim->pa = 0;
5478                         ppim->va = 0;
5479                         ppim->sz = 0;
5480                         ppim->mode = 0;
5481                         if (va + size == virtual_avail)
5482                                 virtual_avail = va;
5483                         return;
5484                 }
5485         }
5486         if (pmap_initialized)
5487                 kva_free(va, size);
5488 }
5489
5490 /*
5491  * Sets the memory attribute for the specified page.
5492  */
5493 static void
5494 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5495 {
5496
5497         m->md.pat_mode = ma;
5498         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5499                 return;
5500
5501         /*
5502          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5503          * See pmap_invalidate_cache_range().
5504          *
5505          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5506          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5507          * flushes the cache.
5508          */    
5509         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5510                 return;
5511
5512         /*
5513          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5514          * support self snoop, map the page transient and do
5515          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5516          * pmap_invalidate_cache_range().
5517          */
5518         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5519                 pmap_flush_page(m);
5520 }
5521
5522 static void
5523 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5524 {
5525         pt_entry_t *cmap_pte2;
5526         struct pcpu *pc;
5527         vm_offset_t sva, eva;
5528         bool useclflushopt;
5529
5530         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5531         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5532                 sched_pin();
5533                 pc = get_pcpu();
5534                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5535                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5536                 if (*cmap_pte2)
5537                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5538                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5539                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5540                     0);
5541                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5542                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5543                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5544
5545                 /*
5546                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5547                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5548                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5549                  * any other instruction.
5550                  */
5551                 if (useclflushopt)
5552                         sfence();
5553                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5554                         mfence();
5555                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5556                         if (useclflushopt)
5557                                 clflushopt(sva);
5558                         else
5559                                 clflush(sva);
5560                 }
5561                 if (useclflushopt)
5562                         sfence();
5563                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5564                         mfence();
5565                 *cmap_pte2 = 0;
5566                 sched_unpin();
5567                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5568         } else
5569                 pmap_invalidate_cache();
5570 }
5571
5572 /*
5573  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5574  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5575  * completely contained within either the kernel map.
5576  *
5577  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5578  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5579  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5580  * there was insufficient memory available to complete the change.
5581  */
5582 static int
5583 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5584 {
5585         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5586         pd_entry_t *pde;
5587         pt_entry_t *pte;
5588         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5589         boolean_t changed;
5590
5591         base = trunc_page(va);
5592         offset = va & PAGE_MASK;
5593         size = round_page(offset + size);
5594
5595         /*
5596          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5597          */
5598         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5599                 return (EINVAL);
5600
5601         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5602         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5603         changed = FALSE;
5604
5605         /*
5606          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5607          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5608          */
5609         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5610         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5611                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5612                 if (*pde == 0) {
5613                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5614                         return (EINVAL);
5615                 }
5616                 if (*pde & PG_PS) {
5617                         /*
5618                          * If the current 2/4MB page already has
5619                          * the required memory type, then we need not
5620                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5621                          * the next 2/4MB page frame.
5622                          */
5623                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5624                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5625                                 continue;
5626                         }
5627
5628                         /*
5629                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5630                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5631                          * within the range, then we need not break
5632                          * down this page into 4KB pages.
5633                          */
5634                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5635                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5636                                 tmpva += NBPDR;
5637                                 continue;
5638                         }
5639                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5640                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5641                                 return (ENOMEM);
5642                         }
5643                 }
5644                 pte = vtopte(tmpva);
5645                 if (*pte == 0) {
5646                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5647                         return (EINVAL);
5648                 }
5649                 tmpva += PAGE_SIZE;
5650         }
5651         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5652
5653         /*
5654          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5655          * cache mode if required.
5656          */
5657         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5658                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5659                 if (*pde & PG_PS) {
5660                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5661                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5662                                 changed = TRUE;
5663                         }
5664                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5665                 } else {
5666                         pte = vtopte(tmpva);
5667                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5668                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5669                                 changed = TRUE;
5670                         }
5671                         tmpva += PAGE_SIZE;
5672                 }
5673         }
5674
5675         /*
5676          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5677          * shouldn't be, etc.
5678          */
5679         if (changed) {
5680                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5681                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5682         }
5683         return (0);
5684 }
5685
5686 /*
5687  * perform the pmap work for mincore
5688  */
5689 static int
5690 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5691 {
5692         pd_entry_t pde;
5693         pt_entry_t pte;
5694         vm_paddr_t pa;
5695         int val;
5696
5697         PMAP_LOCK(pmap);
5698 retry:
5699         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5700         if (pde != 0) {
5701                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5702                         pte = pde;
5703                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5704                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5705                             PG_FRAME;
5706                         val = MINCORE_SUPER;
5707                 } else {
5708                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5709                         pa = pte & PG_FRAME;
5710                         val = 0;
5711                 }
5712         } else {
5713                 pte = 0;
5714                 pa = 0;
5715                 val = 0;
5716         }
5717         if ((pte & PG_V) != 0) {
5718                 val |= MINCORE_INCORE;
5719                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5720                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5721                 if ((pte & PG_A) != 0)
5722                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5723         }
5724         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5725             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5726             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5727                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5728                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5729                         goto retry;
5730         } else
5731                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5732         PMAP_UNLOCK(pmap);
5733         return (val);
5734 }
5735
5736 static void
5737 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5738 {
5739         pmap_t  pmap, oldpmap;
5740         u_int   cpuid;
5741         u_int32_t  cr3;
5742
5743         critical_enter();
5744         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5745         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5746         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5747 #if defined(SMP)
5748         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5749         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5750 #else
5751         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5752         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5753 #endif
5754 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5755         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5756 #else
5757         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5758 #endif
5759         /*
5760          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5761          */
5762         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5763         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5764         critical_exit();
5765 }
5766
5767 static void
5768 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5769 {
5770         u_int cpuid;
5771
5772         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5773 #if defined(SMP)
5774         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5775 #else
5776         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5777 #endif
5778         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5779 }
5780
5781 /*
5782  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5783  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5784  */
5785 static void
5786 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5787     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5788 {
5789         vm_offset_t superpage_offset;
5790
5791         if (size < NBPDR)
5792                 return;
5793         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5794                 offset += ptoa(object->pg_color);
5795         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5796         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5797             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5798                 return;
5799         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5800                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5801         else
5802                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5803 }
5804
5805 static vm_offset_t
5806 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5807 {
5808         vm_offset_t qaddr;
5809         pt_entry_t *pte;
5810
5811         critical_enter();
5812         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5813         pte = vtopte(qaddr);
5814
5815         KASSERT(*pte == 0,
5816             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5817         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5818             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5819         invlpg(qaddr);
5820
5821         return (qaddr);
5822 }
5823
5824 static void
5825 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5826 {
5827         vm_offset_t qaddr;
5828         pt_entry_t *pte;
5829
5830         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5831         pte = vtopte(qaddr);
5832
5833         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5834         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5835
5836         *pte = 0;
5837         critical_exit();
5838 }
5839
5840 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5841 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5842 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5843
5844 static int
5845 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5846     vmem_addr_t *addrp)
5847 {
5848         vm_page_t m;
5849         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5850         pt_entry_t *trm_pte;
5851
5852         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5853         size = round_page(size) + trm_guard;
5854         for (;;) {
5855                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5856                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5857                         return (ENOMEM);
5858                 addr = prev_addr + size;
5859                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5860                         break;
5861         }
5862         prev_addr += trm_guard;
5863         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5864         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5865                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5866                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5867                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5868                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5869                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5870         }
5871         *addrp = prev_addr;
5872         return (0);
5873 }
5874
5875 void
5876 pmap_init_trm(void)
5877 {
5878         vm_page_t pd_m;
5879
5880         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5881         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5882                 trm_guard = 0;
5883         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5884         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5885         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5886             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5887         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5888                 pmap_zero_page(pd_m);
5889         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5890             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5891 }
5892
5893 static void *
5894 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5895 {
5896         vmem_addr_t res;
5897         int error;
5898
5899         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5900         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5901             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5902         if (error != 0)
5903                 return (NULL);
5904         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5905                 bzero((void *)res, size);
5906         return ((void *)res);
5907 }
5908
5909 static void
5910 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5911 {
5912
5913         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5914 }
5915
5916 static void
5917 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5918 {
5919
5920         *vtopte(va) |= PG_RW;
5921 }
5922
5923 static void
5924 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5925 {
5926
5927         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5928         invltlb_glob();
5929 }
5930
5931 static vm_offset_t
5932 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5933 {
5934
5935         return (PMAP_MAP_LOW);
5936 }
5937
5938 static vm_offset_t
5939 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5940 {
5941
5942         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5943 }
5944
5945 static vm_paddr_t
5946 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
5947 {
5948
5949         return (pa & PG_FRAME);
5950 }
5951
5952 static void
5953 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
5954 {
5955         pt_entry_t opte, *ptep;
5956
5957         /*
5958          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
5959          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
5960          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
5961          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
5962          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
5963          */
5964         ptep = vtopte(sf->kva);
5965         opte = *ptep;
5966         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
5967             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
5968
5969         /*
5970          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
5971          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
5972          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
5973          * since the last used mapping need not invalidate again.
5974          */
5975 #ifdef SMP
5976         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
5977                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
5978 #else
5979         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
5980                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
5981 #endif
5982 }
5983
5984 static void
5985 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
5986 {
5987         pt_entry_t *pte;
5988         int i;
5989
5990         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
5991                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
5992                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
5993                     FALSE);
5994                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
5995         }
5996 }
5997
5998 static u_int
5999 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6000 {
6001
6002 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6003         return ((u_int)IdlePDPT);
6004 #else
6005         return ((u_int)IdlePTD);
6006 #endif
6007 }
6008
6009 static u_int
6010 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6011 {
6012
6013 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6014         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6015 #else
6016         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6017 #endif
6018 }
6019
6020 static caddr_t
6021 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6022 {
6023         pt_entry_t *pte;
6024
6025         pte = CMAP3;
6026         *pte = pa | pte_bits;
6027         invltlb();
6028         return (CADDR3);
6029 }
6030
6031 static void
6032 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6033 {
6034         pt_entry_t *pte;
6035         int i;
6036
6037         /*
6038          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6039          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6040          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6041          * page 0, at least as initialized here?
6042          */
6043         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6044         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6045                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6046 }
6047
6048 struct bios16_pmap_handle {
6049         pt_entry_t      *pte;
6050         pd_entry_t      *ptd;
6051         pt_entry_t      orig_ptd;
6052 };
6053
6054 static void *
6055 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6056 {
6057         struct bios16_pmap_handle *h;
6058
6059         /*
6060          * no page table, so create one and install it.
6061          */
6062         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6063         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6064         h->ptd = IdlePTD;
6065         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6066         h->orig_ptd = *h->ptd;
6067         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6068         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6069         return (h);
6070 }
6071
6072 static void
6073 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6074 {
6075         struct bios16_pmap_handle *h;
6076
6077         h = arg;
6078         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6079         /*
6080          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6081          */
6082         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6083         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6084 }
6085
6086 #define PMM(a)  \
6087         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6088
6089 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6090         PMM(ksetrw)
6091         PMM(remap_lower)
6092         PMM(remap_lowptdi)
6093         PMM(align_superpage)
6094         PMM(quick_enter_page)
6095         PMM(quick_remove_page)
6096         PMM(trm_alloc)
6097         PMM(trm_free)
6098         PMM(get_map_low)
6099         PMM(get_vm_maxuser_address)
6100         PMM(kextract)
6101         PMM(pg_frame)
6102         PMM(sf_buf_map)
6103         PMM(cp_slow0_map)
6104         PMM(get_kcr3)
6105         PMM(get_cr3)
6106         PMM(cmap3)
6107         PMM(basemem_setup)
6108         PMM(set_nx)
6109         PMM(bios16_enter)
6110         PMM(bios16_leave)
6111         PMM(bootstrap)
6112         PMM(is_valid_memattr)
6113         PMM(cache_bits)
6114         PMM(ps_enabled)
6115         PMM(pinit0)
6116         PMM(pinit)
6117         PMM(activate)
6118         PMM(activate_boot)
6119         PMM(advise)
6120         PMM(clear_modify)
6121         PMM(change_attr)
6122         PMM(mincore)
6123         PMM(copy)
6124         PMM(copy_page)
6125         PMM(copy_pages)
6126         PMM(zero_page)
6127         PMM(zero_page_area)
6128         PMM(enter)
6129         PMM(enter_object)
6130         PMM(enter_quick)
6131         PMM(kenter_temporary)
6132         PMM(object_init_pt)
6133         PMM(unwire)
6134         PMM(page_exists_quick)
6135         PMM(page_wired_mappings)
6136         PMM(page_is_mapped)
6137         PMM(remove_pages)
6138         PMM(is_modified)
6139         PMM(is_prefaultable)
6140         PMM(is_referenced)
6141         PMM(remove_write)
6142         PMM(ts_referenced)
6143         PMM(mapdev_attr)
6144         PMM(unmapdev)
6145         PMM(page_set_memattr)
6146         PMM(extract)
6147         PMM(extract_and_hold)
6148         PMM(map)
6149         PMM(qenter)
6150         PMM(qremove)
6151         PMM(release)
6152         PMM(remove)
6153         PMM(protect)
6154         PMM(remove_all)
6155         PMM(init)
6156         PMM(init_pat)
6157         PMM(growkernel)
6158         PMM(invalidate_page)
6159         PMM(invalidate_range)
6160         PMM(invalidate_all)
6161         PMM(invalidate_cache)
6162         PMM(flush_page)
6163         PMM(kenter)
6164         PMM(kremove)
6165 };