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