]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
Upgrade to version 3.1.4
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sbuf.h>
125 #include <sys/sf_buf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/smp.h>
131 #include <sys/vmem.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #ifdef DEV_APIC
148 #include <sys/bus.h>
149 #include <machine/intr_machdep.h>
150 #include <x86/apicvar.h>
151 #endif
152 #include <x86/ifunc.h>
153 #include <machine/bootinfo.h>
154 #include <machine/cpu.h>
155 #include <machine/cputypes.h>
156 #include <machine/md_var.h>
157 #include <machine/pcb.h>
158 #include <machine/specialreg.h>
159 #ifdef SMP
160 #include <machine/smp.h>
161 #endif
162 #include <machine/pmap_base.h>
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
182
183 /*
184  * PTmap is recursive pagemap at top of virtual address space.
185  * Within PTmap, the page directory can be found (third indirection).
186  */
187 #define PTmap   ((pt_entry_t *)(PTDPTDI << PDRSHIFT))
188 #define PTD     ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE)))
189 #define PTDpde  ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE) + \
190     (PTDPTDI * PDESIZE)))
191
192 /*
193  * Translate a virtual address to the kernel virtual address of its page table
194  * entry (PTE).  This can be used recursively.  If the address of a PTE as
195  * previously returned by this macro is itself given as the argument, then the
196  * address of the page directory entry (PDE) that maps the PTE will be
197  * returned.
198  *
199  * This macro may be used before pmap_bootstrap() is called.
200  */
201 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
202
203 /*
204  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
205  */
206 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
207 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
208
209 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
210 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
211 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
212 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
213 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
214
215 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
216     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
217 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
218
219 static int pgeflag = 0;         /* PG_G or-in */
220 static int pseflag = 0;         /* PG_PS or-in */
221
222 static int nkpt = NKPT;
223
224 #ifdef PMAP_PAE_COMP
225 pt_entry_t pg_nx;
226 static uma_zone_t pdptzone;
227 #else
228 #define pg_nx   0
229 #endif
230
231 _Static_assert(VM_MAXUSER_ADDRESS == VADDR(TRPTDI, 0), "VM_MAXUSER_ADDRESS");
232 _Static_assert(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS <= VADDR(PTDPTDI, 0),
233     "VM_MAX_KERNEL_ADDRESS");
234 _Static_assert(PMAP_MAP_LOW == VADDR(LOWPTDI, 0), "PMAP_MAP_LOW");
235 _Static_assert(KERNLOAD == (KERNPTDI << PDRSHIFT), "KERNLOAD");
236
237 extern int pat_works;
238 extern int pg_ps_enabled;
239
240 extern int elf32_nxstack;
241
242 #define PAT_INDEX_SIZE  8
243 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
244
245 /*
246  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
247  */
248 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
249 static struct pmap_preinit_mapping {
250         vm_paddr_t      pa;
251         vm_offset_t     va;
252         vm_size_t       sz;
253         int             mode;
254 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
255 static int pmap_initialized;
256
257 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
258
259 /*
260  * Data for the pv entry allocation mechanism
261  */
262 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
263 extern int pv_entry_max, pv_entry_count;
264 static int pv_entry_high_water = 0;
265 static struct md_page *pv_table;
266 extern int shpgperproc;
267
268 static struct pv_chunk *pv_chunkbase;   /* KVA block for pv_chunks */
269 static int pv_maxchunks;                /* How many chunks we have KVA for */
270 static vm_offset_t pv_vafree;           /* freelist stored in the PTE */
271
272 /*
273  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
274  */
275 static pt_entry_t *CMAP3;
276 static pd_entry_t *KPTD;
277 static caddr_t CADDR3;
278
279 /*
280  * Crashdump maps.
281  */
282 static caddr_t crashdumpmap;
283
284 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2, *PMAP3;
285 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2, *PADDR3;
286 #ifdef SMP
287 static int PMAP1cpu, PMAP3cpu;
288 extern int PMAP1changedcpu;
289 #endif
290 extern int PMAP1changed;
291 extern int PMAP1unchanged;
292 static struct mtx PMAP2mutex;
293
294 /*
295  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
296  */
297 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
298 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
299
300 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
301 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
302 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
303 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
304 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
305                     u_int flags);
306 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
307 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
308 #endif
309 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
310 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
311                     vm_offset_t va);
312 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
313
314 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
315 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
316 static bool     pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
317                     vm_prot_t prot);
318 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
319                     u_int flags, vm_page_t m);
320 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
321     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
322 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
323 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
324                     pd_entry_t pde);
325 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
326 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
327 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
328 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
329 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
330 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
331 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
332 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
333 #endif
334 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
335     vm_prot_t prot);
336 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
337 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
338     struct spglist *free);
339 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
340     struct spglist *free);
341 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
342 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free);
343 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
344                     struct spglist *free);
345 static void pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va);
346 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
347 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
348     vm_page_t m);
349 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
350     pd_entry_t newpde);
351 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
352
353 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
354
355 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
356 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
357 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
358 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
359 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
360 #ifdef PMAP_PAE_COMP
361 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
362     uint8_t *flags, int wait);
363 #endif
364 static void pmap_init_trm(void);
365 static void pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap);
366
367 static __inline void pagezero(void *page);
368
369 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
370 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
371
372 extern char _end[];
373 extern u_long physfree; /* phys addr of next free page */
374 extern u_long vm86phystk;/* PA of vm86/bios stack */
375 extern u_long vm86paddr;/* address of vm86 region */
376 extern int vm86pa;      /* phys addr of vm86 region */
377 extern u_long KERNend;  /* phys addr end of kernel (just after bss) */
378 #ifdef PMAP_PAE_COMP
379 pd_entry_t *IdlePTD_pae;        /* phys addr of kernel PTD */
380 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
381 pt_entry_t *KPTmap_pae; /* address of kernel page tables */
382 #define IdlePTD IdlePTD_pae
383 #define KPTmap  KPTmap_pae
384 #else
385 pd_entry_t *IdlePTD_nopae;
386 pt_entry_t *KPTmap_nopae;
387 #define IdlePTD IdlePTD_nopae
388 #define KPTmap  KPTmap_nopae
389 #endif
390 extern u_long KPTphys;  /* phys addr of kernel page tables */
391 extern u_long tramp_idleptd;
392
393 static u_long
394 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
395 {
396         u_long res;
397
398         res = *physfree;
399         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
400         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
401         return (res);
402 }
403
404 static void
405 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
406 {
407         pt_entry_t *pt;
408
409         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
410             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
411                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
412 }
413
414 static void
415 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
416 {
417
418         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
419 }
420
421 _Static_assert(LOWPTDI * 2 * NBPDR == KERNBASE,
422     "Broken double-map of zero PTD");
423
424 static void
425 __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(bool enable)
426 {
427         int i;
428
429         for (i = 0; i < LOWPTDI; i++)
430                 IdlePTD[i] = enable ? IdlePTD[LOWPTDI + i] : 0;
431         load_cr3(rcr3());               /* invalidate TLB */
432 }
433
434 /*
435  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
436  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
437  * does not require relocations.
438  */
439 void
440 __CONCAT(PMTYPE, cold)(void)
441 {
442         pt_entry_t *pt;
443         u_long a;
444         u_int cr3, ncr4;
445
446         physfree = (u_long)&_end;
447         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
448                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
449         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
450                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
451         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
452         KERNend = physfree;
453
454         /* Allocate Kernel Page Tables */
455         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
456         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
457
458         /* Allocate Page Table Directory */
459 #ifdef PMAP_PAE_COMP
460         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
461         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
462 #endif
463         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
464
465         /*
466          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
467          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
468          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
469          * physical memory due to 1:1 mappings.
470          */
471         allocpages(1, &physfree);
472         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
473
474         /* vm86/bios stack */
475         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
476
477         /* pgtable + ext + IOPAGES */
478         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
479
480         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
481         for (a = 0; a < NKPT; a++)
482                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
483
484 #ifdef PMAP_PAE_COMP
485         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
486         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
487                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
488 #endif
489
490         /*
491          * Install recursive mapping for kernel page tables into
492          * itself.
493          */
494         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
495                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
496                     PG_RW;
497
498         /*
499          * Initialize page table pages mapping physical address zero
500          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
501          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
502          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
503          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
504          * kernel PDEs before we turn on paging.
505          *
506          * This and all other page table entries allow read and write
507          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
508          * access restrictions.
509          */
510         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
511         pmap_cold_map(0, NBPDR * LOWPTDI, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
512         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
513
514         /* Map page table directory */
515 #ifdef PMAP_PAE_COMP
516         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
517 #endif
518         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
519
520         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
521         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
522
523         /* Map proc0kstack */
524         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
525         /* ISA hole already mapped */
526
527         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
528         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
529
530         /* Map page 0 into the vm86 page table */
531         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
532
533         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
534         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
535             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
536                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
537                     PG_M | PG_V;
538
539         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
540         ncr4 = 0;
541         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
542                 ncr4 |= CR4_PSE;
543                 pseflag = PG_PS;
544                 /*
545                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
546                  * page table pages are wasted.
547                  */
548                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
549                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
550                             PG_RW | PG_V;
551         }
552         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
553                 ncr4 |= CR4_PGE;
554                 pgeflag = PG_G;
555         }
556         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
557 #ifdef PMAP_PAE_COMP
558         ncr4 |= CR4_PAE;
559 #endif
560         if (ncr4 != 0)
561                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
562
563         /* Now enable paging */
564 #ifdef PMAP_PAE_COMP
565         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
566         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
567                 wbinvd();
568 #else
569         cr3 = (u_int)IdlePTD;
570 #endif
571         tramp_idleptd = cr3;
572         load_cr3(cr3);
573         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
574
575         /*
576          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
577          * linked to run.
578          */
579
580         /*
581          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
582          * to get some null pointer checks.
583          */
584         __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(false);
585
586         kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
587 #ifdef PMAP_PAE_COMP
588         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_PAE;
589         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_PAE;
590         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_PAE;
591 #else
592         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_NOPAE;
593         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_NOPAE;
594         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_NOPAE;
595 #endif
596 }
597
598 static void
599 __CONCAT(PMTYPE, set_nx)(void)
600 {
601
602 #ifdef PMAP_PAE_COMP
603         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0)
604                 return;
605         pg_nx = PG_NX;
606         elf32_nxstack = 1;
607         /* EFER.EFER_NXE is set in initializecpu(). */
608 #endif
609 }
610
611 /*
612  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
613  *
614  *      On the i386 this is called after pmap_cold() created initial
615  *      kernel page table and enabled paging, and just syncs the pmap
616  *      module with what has already been done.
617  */
618 static void
619 __CONCAT(PMTYPE, bootstrap)(vm_paddr_t firstaddr)
620 {
621         vm_offset_t va;
622         pt_entry_t *pte, *unused;
623         struct pcpu *pc;
624         u_long res;
625         int i;
626
627         res = atop(firstaddr - (vm_paddr_t)KERNLOAD);
628
629         /*
630          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
631          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
632          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
633          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
634          * addresses to superpage mappings.
635          */
636         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
637
638         /*
639          * Initialize the first available kernel virtual address.
640          * However, using "firstaddr" may waste a few pages of the
641          * kernel virtual address space, because pmap_cold() may not
642          * have mapped every physical page that it allocated.
643          * Preferably, pmap_cold() would provide a first unused
644          * virtual address in addition to "firstaddr".
645          */
646         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
647         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
648
649         /*
650          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
651          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
652          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
653          */
654         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
655         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
656 #ifdef PMAP_PAE_COMP
657         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
658 #endif
659         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
660         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
661         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
662
663         /*
664          * Initialize the global pv list lock.
665          */
666         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
667
668         /*
669          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
670          * mapping of pages.
671          */
672 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
673         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
674
675         va = virtual_avail;
676         pte = vtopte(va);
677
678
679         /*
680          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
681          * during early boot.
682          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
683          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
684          */
685         pc = get_pcpu();
686         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
687         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
688         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
689         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
690
691         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
692
693         /*
694          * Crashdump maps.
695          */
696         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
697
698         /*
699          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
700          */
701         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
702
703         /*
704          * msgbufp is used to map the system message buffer.
705          */
706         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
707
708         /*
709          * KPTmap is used by pmap_kextract().
710          *
711          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
712          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
713          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
714          */
715         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
716
717         for (i = 0; i < NKPT; i++)
718                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
719
720         /*
721          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
722          * respectively.
723          */
724         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
725         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
726         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
727
728         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
729
730         virtual_avail = va;
731
732         /*
733          * Initialize the PAT MSR if present.
734          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
735          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
736          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
737          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
738          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
739          */
740         pmap_init_pat();
741 }
742
743 static void
744 pmap_init_reserved_pages(void)
745 {
746         struct pcpu *pc;
747         vm_offset_t pages;
748         int i;
749
750 #ifdef PMAP_PAE_COMP
751         if (!pae_mode)
752                 return;
753 #else
754         if (pae_mode)
755                 return;
756 #endif
757         CPU_FOREACH(i) {
758                 pc = pcpu_find(i);
759                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
760                     MTX_NEW);
761                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
762                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
763                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
764                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
765                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
766                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
767                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
768                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
769                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
770                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
771                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
772
773                 /*
774                  * Skip if the mappings have already been initialized,
775                  * i.e. this is the BSP.
776                  */
777                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
778                         continue;
779
780                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
781                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
782                 if (pages == 0)
783                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
784                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
785                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
786                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
787                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
788                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
789         }
790 }
791  
792 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
793
794 /*
795  * Setup the PAT MSR.
796  */
797 static void
798 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
799 {
800         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
801         uint64_t pat_msr;
802         u_long cr0, cr4;
803         int i;
804
805         /* Set default PAT index table. */
806         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
807                 pat_table[i] = -1;
808         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
809         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
810         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
811         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
812         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
813         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
814
815         /*
816          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
817          * We assume that PAT support implies PGE.
818          */
819         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
820                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
821                         pat_index[i] = pat_table[i];
822                 pat_works = 0;
823                 return;
824         }
825
826         /*
827          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
828          * PAT entries.
829          *
830          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
831          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
832          * or Mode C Paging)
833          *
834          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
835          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
836          */
837         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
838             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
839                 pat_works = 0;
840
841         /* Initialize default PAT entries. */
842         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
843             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
844             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
845             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
846             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
847             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
848             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
849             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
850
851         if (pat_works) {
852                 /*
853                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
854                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
855                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
856                  */
857                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
858                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
859                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
860                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
861                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
862                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
863         } else {
864                 /*
865                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
866                  */
867                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
868                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
869                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
870         }
871
872         /* Disable PGE. */
873         cr4 = rcr4();
874         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
875
876         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
877         cr0 = rcr0();
878         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
879
880         /* Flushes caches and TLBs. */
881         wbinvd();
882         invltlb();
883
884         /* Update PAT and index table. */
885         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
886         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
887                 pat_index[i] = pat_table[i];
888
889         /* Flush caches and TLBs again. */
890         wbinvd();
891         invltlb();
892
893         /* Restore caches and PGE. */
894         load_cr0(cr0);
895         load_cr4(cr4);
896 }
897
898 #ifdef PMAP_PAE_COMP
899 static void *
900 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
901     int wait)
902 {
903
904         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
905         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
906         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
907             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
908 }
909 #endif
910
911 /*
912  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
913  * Requirements:
914  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
915  *    are ever set, PG_V in particular.
916  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
917  *    on PAE systems.  This should be ok.
918  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
919  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
920  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
921  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
922  */
923 static vm_offset_t
924 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
925 {
926         pt_entry_t *pte;
927         vm_offset_t va;
928
929         va = *head;
930         if (va == 0)
931                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
932         pte = vtopte(va);
933         *head = *pte;
934         if (*head & PG_V)
935                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
936         *pte = 0;
937         return (va);
938 }
939
940 static void
941 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
942 {
943         pt_entry_t *pte;
944
945         if (va & PG_V)
946                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
947         pte = vtopte(va);
948         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
949         *head = va;
950 }
951
952 static void
953 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
954 {
955         int i;
956         vm_offset_t va;
957
958         *head = 0;
959         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
960                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
961                 pmap_ptelist_free(head, va);
962         }
963 }
964
965
966 /*
967  *      Initialize the pmap module.
968  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
969  *      system needs to map virtual memory.
970  */
971 static void
972 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
973 {
974         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
975         vm_page_t mpte;
976         vm_size_t s;
977         int i, pv_npg;
978
979         /*
980          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
981          * page table pages.
982          */ 
983         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
984         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
985                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
986                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
987                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
988                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
989                 mpte->pindex = i + KPTDI;
990                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
991                 mpte->ref_count = 1;
992
993                 /*
994                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
995                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
996                  */
997                 if (pseflag != 0 &&
998                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
999                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
1000                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1001         }
1002         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1003         vm_wire_add(NKPT);
1004
1005         /*
1006          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1007          * high water mark so that the system can recover from excessive
1008          * numbers of pv entries.
1009          */
1010         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1011         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1012         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1013         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1014         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1015
1016         /*
1017          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1018          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1019          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1020          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1021          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1022          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1023          * or newer AMD processors.
1024          */
1025         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1026             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1027             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1028             AMDID2_FMA4)) == 0)
1029                 workaround_erratum383 = 1;
1030
1031         /*
1032          * Are large page mappings supported and enabled?
1033          */
1034         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1035         if (pseflag == 0)
1036                 pg_ps_enabled = 0;
1037         else if (pg_ps_enabled) {
1038                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1039                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1040                 pagesizes[1] = NBPDR;
1041         }
1042
1043         /*
1044          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1045          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1046          */
1047         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1048             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1049
1050         /*
1051          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1052          */
1053         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1054         s = round_page(s);
1055         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1056         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1057                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1058
1059         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1060         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1061         if (pv_chunkbase == NULL)
1062                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1063         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1064 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1065         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1066             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1067             UMA_ZONE_CONTIG | UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1068         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1069 #endif
1070
1071         pmap_initialized = 1;
1072         pmap_init_trm();
1073
1074         if (!bootverbose)
1075                 return;
1076         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1077                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1078                 if (ppim->va == 0)
1079                         continue;
1080                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1081                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1082         }
1083
1084 }
1085
1086 extern u_long pmap_pde_demotions;
1087 extern u_long pmap_pde_mappings;
1088 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1089 extern u_long pmap_pde_promotions;
1090
1091 /***************************************************
1092  * Low level helper routines.....
1093  ***************************************************/
1094
1095 static boolean_t
1096 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1097 {
1098
1099         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1100             pat_index[(int)mode] >= 0);
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1105  * caching mode.
1106  */
1107 static int
1108 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1109 {
1110         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1111
1112         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1113                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1114
1115         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1116         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1117
1118         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1119         pat_idx = pat_index[mode];
1120
1121         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1122         cache_bits = 0;
1123         if (pat_idx & 0x4)
1124                 cache_bits |= pat_flag;
1125         if (pat_idx & 0x2)
1126                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1127         if (pat_idx & 0x1)
1128                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1129         return (cache_bits);
1130 }
1131
1132 static int
1133 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
1134 {
1135         int pat_flag, pat_idx;
1136
1137         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1138                 return (0);
1139
1140         pat_idx = 0;
1141         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1142         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1143
1144         if ((pte & pat_flag) != 0)
1145                 pat_idx |= 0x4;
1146         if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
1147                 pat_idx |= 0x2;
1148         if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
1149                 pat_idx |= 0x1;
1150
1151         /* See pmap_init_pat(). */
1152         if (pat_works) {
1153                 if (pat_idx == 4)
1154                         pat_idx = 0;
1155                 if (pat_idx == 7)
1156                         pat_idx = 3;
1157         } else {
1158                 /* XXXKIB */
1159         }
1160
1161         return (pat_idx);
1162 }
1163
1164 static bool
1165 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1166 {
1167
1168         return (pg_ps_enabled);
1169 }
1170
1171 /*
1172  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1173  */
1174 static void
1175 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1176 {
1177         pd_entry_t *pde;
1178
1179         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1180         pde_store(pde, newpde);
1181 }
1182
1183 /*
1184  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1185  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1186  * calling processor's TLB is affected.
1187  *
1188  * The calling thread must be pinned to a processor.
1189  */
1190 static void
1191 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1192 {
1193
1194         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1195                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1196                 invlpg(va);
1197         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1198                 /*
1199                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1200                  * because there are too many to flush individually.
1201                  */
1202                 invltlb();
1203 }
1204
1205 #ifdef SMP
1206
1207 static void
1208 pmap_curcpu_cb_dummy(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t addr1 __unused,
1209     vm_offset_t addr2 __unused)
1210 {
1211 }
1212
1213 /*
1214  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1215  *
1216  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1217  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1218  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1219  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1220  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1221  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1222  * one of the following functions but before a store updating the page
1223  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1224  * processor before its pm_active field is checked but due to
1225  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1226  * pmap as inactive on the other processor.
1227  * 
1228  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1229  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1230  * processor.
1231  */
1232 static void
1233 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1234 {
1235         cpuset_t *mask, other_cpus;
1236         u_int cpuid;
1237
1238         sched_pin();
1239         if (pmap == kernel_pmap) {
1240                 invlpg(va);
1241                 mask = &all_cpus;
1242         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1243                 mask = &all_cpus;
1244         } else {
1245                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1246                 other_cpus = all_cpus;
1247                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1248                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1249                 mask = &other_cpus;
1250         }
1251         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap, pmap_curcpu_cb_dummy);
1252         sched_unpin();
1253 }
1254
1255 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1256 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1257
1258 static void
1259 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1260 {
1261         cpuset_t *mask, other_cpus;
1262         vm_offset_t addr;
1263         u_int cpuid;
1264
1265         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1266                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1267                 return;
1268         }
1269
1270         sched_pin();
1271         if (pmap == kernel_pmap) {
1272                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1273                         invlpg(addr);
1274                 mask = &all_cpus;
1275         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1276                 mask = &all_cpus;
1277         } else {
1278                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1279                 other_cpus = all_cpus;
1280                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1281                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1282                 mask = &other_cpus;
1283         }
1284         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap, pmap_curcpu_cb_dummy);
1285         sched_unpin();
1286 }
1287
1288 static void
1289 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1290 {
1291         cpuset_t *mask, other_cpus;
1292         u_int cpuid;
1293
1294         sched_pin();
1295         if (pmap == kernel_pmap) {
1296                 invltlb();
1297                 mask = &all_cpus;
1298         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1299                 mask = &all_cpus;
1300         } else {
1301                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1302                 other_cpus = all_cpus;
1303                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1304                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1305                 mask = &other_cpus;
1306         }
1307         smp_masked_invltlb(*mask, pmap, pmap_curcpu_cb_dummy);
1308         sched_unpin();
1309 }
1310
1311 static void
1312 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused,
1313     vm_offset_t addr1 __unused, vm_offset_t addr2 __unused)
1314 {
1315         wbinvd();
1316 }
1317
1318 static void
1319 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1320 {
1321         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
1322 }
1323
1324 struct pde_action {
1325         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1326         vm_offset_t va;
1327         pd_entry_t *pde;
1328         pd_entry_t newpde;
1329         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1330 };
1331
1332 static void
1333 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1334 {
1335         struct pde_action *act = arg;
1336         pd_entry_t *pde;
1337
1338         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1339                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1340                 pde_store(pde, act->newpde);
1341         }
1342 }
1343
1344 static void
1345 pmap_update_pde_user(void *arg)
1346 {
1347         struct pde_action *act = arg;
1348
1349         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1350                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1351 }
1352
1353 static void
1354 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1355 {
1356         struct pde_action *act = arg;
1357
1358         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1359                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1360 }
1361
1362 /*
1363  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1364  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1365  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1366  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1367  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1368  * hardware error.
1369  */
1370 static void
1371 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1372 {
1373         struct pde_action act;
1374         cpuset_t active, other_cpus;
1375         u_int cpuid;
1376
1377         sched_pin();
1378         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1379         other_cpus = all_cpus;
1380         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1381         if (pmap == kernel_pmap)
1382                 active = all_cpus;
1383         else
1384                 active = pmap->pm_active;
1385         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1386                 act.store = cpuid;
1387                 act.invalidate = active;
1388                 act.va = va;
1389                 act.pde = pde;
1390                 act.newpde = newpde;
1391                 CPU_SET(cpuid, &active);
1392                 smp_rendezvous_cpus(active,
1393                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1394                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1395                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1396         } else {
1397                 if (pmap == kernel_pmap)
1398                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1399                 else
1400                         pde_store(pde, newpde);
1401                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1402                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1403         }
1404         sched_unpin();
1405 }
1406 #else /* !SMP */
1407 /*
1408  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1409  * We inline these within pmap.c for speed.
1410  */
1411 static void
1412 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1413 {
1414
1415         if (pmap == kernel_pmap)
1416                 invlpg(va);
1417 }
1418
1419 static void
1420 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1421 {
1422         vm_offset_t addr;
1423
1424         if (pmap == kernel_pmap)
1425                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1426                         invlpg(addr);
1427 }
1428
1429 static void
1430 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1431 {
1432
1433         if (pmap == kernel_pmap)
1434                 invltlb();
1435 }
1436
1437 static void
1438 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1439 {
1440
1441         wbinvd();
1442 }
1443
1444 static void
1445 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1446 {
1447
1448         if (pmap == kernel_pmap)
1449                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1450         else
1451                 pde_store(pde, newpde);
1452         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1453                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1454 }
1455 #endif /* !SMP */
1456
1457 static void
1458 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1459 {
1460
1461         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1462 }
1463
1464 static void
1465 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1466     vm_offset_t eva)
1467 {
1468
1469         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1470 }
1471
1472 static void
1473 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1474 {
1475
1476         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1477 }
1478
1479 static void
1480 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1481 {
1482
1483         /*
1484          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1485          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1486          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1487          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1488          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1489          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1490          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1491          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1492          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1493          */
1494         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1495                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1496         else
1497                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Are we current address space or kernel?
1502  */
1503 static __inline int
1504 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1505 {
1506
1507         return (pmap == kernel_pmap);
1508 }
1509
1510 /*
1511  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1512  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1513  */
1514 static pt_entry_t *
1515 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1516 {
1517         pd_entry_t newpf;
1518         pd_entry_t *pde;
1519
1520         pde = pmap_pde(pmap, va);
1521         if (*pde & PG_PS)
1522                 return (pde);
1523         if (*pde != 0) {
1524                 /* are we current address space or kernel? */
1525                 if (pmap_is_current(pmap))
1526                         return (vtopte(va));
1527                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1528                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1529                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1530                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1531                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1532                             (vm_offset_t)PADDR2);
1533                 }
1534                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1535         }
1536         return (NULL);
1537 }
1538
1539 /*
1540  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1541  * being NULL.
1542  */
1543 static __inline void
1544 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1545 {
1546
1547         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1548                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1549 }
1550
1551 /*
1552  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1553  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1554  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1555  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1556  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1557  */
1558 static __inline void
1559 invlcaddr(void *caddr)
1560 {
1561
1562         invlpg((u_int)caddr);
1563 }
1564
1565 /*
1566  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1567  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1568  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1569  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1570  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1571  *
1572  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1573  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1574  */
1575 static pt_entry_t *
1576 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1577 {
1578         pd_entry_t newpf;
1579         pd_entry_t *pde;
1580
1581         pde = pmap_pde(pmap, va);
1582         if (*pde & PG_PS)
1583                 return (pde);
1584         if (*pde != 0) {
1585                 /* are we current address space or kernel? */
1586                 if (pmap_is_current(pmap))
1587                         return (vtopte(va));
1588                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1589                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1590                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1591                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1592                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1593 #ifdef SMP
1594                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1595 #endif
1596                         invlcaddr(PADDR1);
1597                         PMAP1changed++;
1598                 } else
1599 #ifdef SMP
1600                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1601                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1602                         invlcaddr(PADDR1);
1603                         PMAP1changedcpu++;
1604                 } else
1605 #endif
1606                         PMAP1unchanged++;
1607                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1608         }
1609         return (0);
1610 }
1611
1612 static pt_entry_t *
1613 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1614 {
1615         pd_entry_t newpf;
1616         pd_entry_t *pde;
1617
1618         pde = pmap_pde(pmap, va);
1619         if (*pde & PG_PS)
1620                 return (pde);
1621         if (*pde != 0) {
1622                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1623                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1624                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1625                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1626                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1627 #ifdef SMP
1628                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1629 #endif
1630                         invlcaddr(PADDR3);
1631                         PMAP1changed++;
1632                 } else
1633 #ifdef SMP
1634                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1635                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1636                         invlcaddr(PADDR3);
1637                         PMAP1changedcpu++;
1638                 } else
1639 #endif
1640                         PMAP1unchanged++;
1641                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1642         }
1643         return (0);
1644 }
1645
1646 static pt_entry_t
1647 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1648 {
1649         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1650
1651         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1652         pde &= PG_FRAME;
1653         critical_enter();
1654         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1655         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1656                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1657                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1658         }
1659         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1660             (NPTEPG - 1));
1661         pte = *ptep;
1662         critical_exit();
1663         return (pte);
1664 }
1665
1666 /*
1667  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1668  * the given virtual address "va".
1669  *
1670  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1671  */
1672 static vm_paddr_t
1673 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1674 {
1675         vm_paddr_t pa;
1676
1677         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1678                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1679         } else {
1680                 /*
1681                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1682                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1683                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1684                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1685                  * page is preserved by the promotion.
1686                  */
1687                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1688                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1689         }
1690         return (pa);
1691 }
1692
1693 /*
1694  *      Routine:        pmap_extract
1695  *      Function:
1696  *              Extract the physical page address associated
1697  *              with the given map/virtual_address pair.
1698  */
1699 static vm_paddr_t
1700 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1701 {
1702         vm_paddr_t rtval;
1703         pt_entry_t pte;
1704         pd_entry_t pde;
1705
1706         rtval = 0;
1707         PMAP_LOCK(pmap);
1708         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1709         if (pde != 0) {
1710                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1711                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1712                 else {
1713                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1714                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1715                 }
1716         }
1717         PMAP_UNLOCK(pmap);
1718         return (rtval);
1719 }
1720
1721 /*
1722  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1723  *      Function:
1724  *              Atomically extract and hold the physical page
1725  *              with the given pmap and virtual address pair
1726  *              if that mapping permits the given protection.
1727  */
1728 static vm_page_t
1729 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1730 {
1731         pd_entry_t pde;
1732         pt_entry_t pte;
1733         vm_page_t m;
1734
1735         m = NULL;
1736         PMAP_LOCK(pmap);
1737         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1738         if (pde != 0) {
1739                 if (pde & PG_PS) {
1740                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1741                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1742                                     (va & PDRMASK));
1743                 } else {
1744                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1745                         if (pte != 0 &&
1746                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
1747                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1748                 }
1749                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1750                         m = NULL;
1751         }
1752         PMAP_UNLOCK(pmap);
1753         return (m);
1754 }
1755
1756 /***************************************************
1757  * Low level mapping routines.....
1758  ***************************************************/
1759
1760 /*
1761  * Add a wired page to the kva.
1762  * Note: not SMP coherent.
1763  *
1764  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1765  */
1766 static void
1767 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1768 {
1769         pt_entry_t *pte;
1770
1771         pte = vtopte(va);
1772         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1773 }
1774
1775 static __inline void
1776 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1777 {
1778         pt_entry_t *pte;
1779
1780         pte = vtopte(va);
1781         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1782             mode, 0));
1783 }
1784
1785 /*
1786  * Remove a page from the kernel pagetables.
1787  * Note: not SMP coherent.
1788  *
1789  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1790  */
1791 static void
1792 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1793 {
1794         pt_entry_t *pte;
1795
1796         pte = vtopte(va);
1797         pte_clear(pte);
1798 }
1799
1800 /*
1801  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1802  *      virtual address space.
1803  *
1804  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1805  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1806  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1807  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1808  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1809  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1810  *      region.
1811  */
1812 static vm_offset_t
1813 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1814     int prot)
1815 {
1816         vm_offset_t va, sva;
1817         vm_paddr_t superpage_offset;
1818         pd_entry_t newpde;
1819
1820         va = *virt;
1821         /*
1822          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1823          * least one superpage mapping to be created?
1824          */ 
1825         superpage_offset = start & PDRMASK;
1826         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1827                 /*
1828                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1829                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1830                  */
1831                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1832                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1833                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1834                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1835         }
1836         sva = va;
1837         while (start < end) {
1838                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1839                     pseflag != 0) {
1840                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1841                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1842                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1843                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1844                         va += NBPDR;
1845                         start += NBPDR;
1846                 } else {
1847                         pmap_kenter(va, start);
1848                         va += PAGE_SIZE;
1849                         start += PAGE_SIZE;
1850                 }
1851         }
1852         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1853         *virt = va;
1854         return (sva);
1855 }
1856
1857
1858 /*
1859  * Add a list of wired pages to the kva
1860  * this routine is only used for temporary
1861  * kernel mappings that do not need to have
1862  * page modification or references recorded.
1863  * Note that old mappings are simply written
1864  * over.  The page *must* be wired.
1865  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1866  */
1867 static void
1868 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1869 {
1870         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1871         vm_page_t m;
1872
1873         oldpte = 0;
1874         pte = vtopte(sva);
1875         endpte = pte + count;
1876         while (pte < endpte) {
1877                 m = *ma++;
1878                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1879                     m->md.pat_mode, 0);
1880                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1881                         oldpte |= *pte;
1882                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1883                 }
1884                 pte++;
1885         }
1886         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1887                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1888                     PAGE_SIZE);
1889 }
1890
1891 /*
1892  * This routine tears out page mappings from the
1893  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1894  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1895  */
1896 static void
1897 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1898 {
1899         vm_offset_t va;
1900
1901         va = sva;
1902         while (count-- > 0) {
1903                 pmap_kremove(va);
1904                 va += PAGE_SIZE;
1905         }
1906         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1907 }
1908
1909 /***************************************************
1910  * Page table page management routines.....
1911  ***************************************************/
1912 /*
1913  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1914  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1915  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1916  */
1917 static __inline void
1918 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1919     boolean_t set_PG_ZERO)
1920 {
1921
1922         if (set_PG_ZERO)
1923                 m->flags |= PG_ZERO;
1924         else
1925                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1926         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1927 }
1928
1929 /*
1930  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1931  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1932  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1933  * ordered by this virtual address range.
1934  *
1935  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1936  */
1937 static __inline int
1938 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1939 {
1940
1941         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1942         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1943         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1944 }
1945
1946 /*
1947  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1948  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1949  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1950  * specified virtual address.
1951  */
1952 static __inline vm_page_t
1953 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1954 {
1955
1956         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1957         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1958 }
1959
1960 /*
1961  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1962  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1963  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1964  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1965  */
1966 static inline boolean_t
1967 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1968 {
1969
1970         --m->ref_count;
1971         if (m->ref_count == 0) {
1972                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1973                 return (TRUE);
1974         } else
1975                 return (FALSE);
1976 }
1977
1978 static void
1979 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1980 {
1981
1982         /*
1983          * unmap the page table page
1984          */
1985         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1986         --pmap->pm_stats.resident_count;
1987
1988         /*
1989          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1990          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1991          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1992          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1993          * shootdown is done.
1994          */
1995         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1996         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1997 }
1998
1999 /*
2000  * After removing a page table entry, this routine is used to
2001  * conditionally free the page, and manage the reference count.
2002  */
2003 static int
2004 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2005 {
2006         pd_entry_t ptepde;
2007         vm_page_t mpte;
2008
2009         if (pmap == kernel_pmap)
2010                 return (0);
2011         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
2012         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2013         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
2014 }
2015
2016 /*
2017  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2018  * mapping.
2019  */
2020 static void
2021 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2022 {
2023         struct spglist free;
2024
2025         SLIST_INIT(&free);
2026         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
2027                 /*
2028                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
2029                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
2030                  * page table pages.  Invalidate those entries.
2031                  */
2032                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2033                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2034         }
2035 }
2036
2037 /*
2038  * Initialize the pmap for the swapper process.
2039  */
2040 static void
2041 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
2042 {
2043
2044         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2045         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
2046 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2047         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
2048 #endif
2049         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2050         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2051         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2052         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2053         pmap_activate_boot(pmap);
2054 }
2055
2056 /*
2057  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2058  * such as one in a vmspace structure.
2059  */
2060 static int
2061 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2062 {
2063         vm_page_t m;
2064         int i;
2065
2066         /*
2067          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2068          * page directory table.
2069          */
2070         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2071                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2072                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2073                         return (0);
2074 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2075                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2076                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2077                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2078                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2079                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2080                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2081 #endif
2082                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
2083         }
2084         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2085             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2086
2087         /*
2088          * allocate the page directory page(s)
2089          */
2090         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2091                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2092                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2093                 pmap->pm_ptdpg[i] = m;
2094 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2095                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
2096 #endif
2097         }
2098
2099         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2100 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2101         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2102                 pmap_invalidate_cache_range(
2103                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2104                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2105                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2106         }
2107 #endif
2108
2109         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2110                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
2111                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
2112
2113         /* Install the trampoline mapping. */
2114         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2115
2116         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2117         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2118         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2119
2120         return (1);
2121 }
2122
2123 /*
2124  * this routine is called if the page table page is not
2125  * mapped correctly.
2126  */
2127 static vm_page_t
2128 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2129 {
2130         vm_paddr_t ptepa;
2131         vm_page_t m;
2132
2133         /*
2134          * Allocate a page table page.
2135          */
2136         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2137             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2138                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2139                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2140                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2141                         vm_wait(NULL);
2142                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2143                         PMAP_LOCK(pmap);
2144                 }
2145
2146                 /*
2147                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2148                  * page may have been allocated.
2149                  */
2150                 return (NULL);
2151         }
2152         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2153                 pmap_zero_page(m);
2154
2155         /*
2156          * Map the pagetable page into the process address space, if
2157          * it isn't already there.
2158          */
2159
2160         pmap->pm_stats.resident_count++;
2161
2162         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2163         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2164                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2165
2166         return (m);
2167 }
2168
2169 static vm_page_t
2170 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2171 {
2172         u_int ptepindex;
2173         pd_entry_t ptepa;
2174         vm_page_t m;
2175
2176         /*
2177          * Calculate pagetable page index
2178          */
2179         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2180 retry:
2181         /*
2182          * Get the page directory entry
2183          */
2184         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2185
2186         /*
2187          * This supports switching from a 4MB page to a
2188          * normal 4K page.
2189          */
2190         if (ptepa & PG_PS) {
2191                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2192                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2193         }
2194
2195         /*
2196          * If the page table page is mapped, we just increment the
2197          * hold count, and activate it.
2198          */
2199         if (ptepa) {
2200                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2201                 m->ref_count++;
2202         } else {
2203                 /*
2204                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2205                  * been deallocated. 
2206                  */
2207                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2208                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2209                         goto retry;
2210         }
2211         return (m);
2212 }
2213
2214
2215 /***************************************************
2216 * Pmap allocation/deallocation routines.
2217  ***************************************************/
2218
2219 /*
2220  * Release any resources held by the given physical map.
2221  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2222  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2223  */
2224 static void
2225 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2226 {
2227         vm_page_t m;
2228         int i;
2229
2230         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2231             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2232             pmap->pm_stats.resident_count));
2233         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2234             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2235         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2236             ("releasing active pmap %p", pmap));
2237
2238         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2239
2240         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2241                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2242 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2243                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2244                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2245 #endif
2246                 vm_page_unwire_noq(m);
2247                 vm_page_free(m);
2248         }
2249 }
2250
2251 /*
2252  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2253  */
2254 static void
2255 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2256 {
2257         vm_paddr_t ptppaddr;
2258         vm_page_t nkpg;
2259         pd_entry_t newpdir;
2260
2261         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2262         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2263         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2264                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2265         while (kernel_vm_end < addr) {
2266                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2267                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2268                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2269                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2270                                 break;
2271                         }
2272                         continue;
2273                 }
2274
2275                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2276                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2277                     VM_ALLOC_ZERO);
2278                 if (nkpg == NULL)
2279                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2280
2281                 nkpt++;
2282
2283                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2284                         pmap_zero_page(nkpg);
2285                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2286                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2287                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2288
2289                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2290                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2291                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2292                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2293                         break;
2294                 }
2295         }
2296 }
2297
2298
2299 /***************************************************
2300  * page management routines.
2301  ***************************************************/
2302
2303 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2304 CTASSERT(_NPCM == 11);
2305 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2306
2307 static __inline struct pv_chunk *
2308 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2309 {
2310
2311         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2312 }
2313
2314 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2315
2316 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2317 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2318
2319 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2320         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2321         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2322         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2323         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2324 };
2325
2326 #ifdef PV_STATS
2327 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2328 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2329 extern int pv_entry_spare;
2330 #endif
2331
2332 /*
2333  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2334  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2335  * another pv entry chunk.
2336  */
2337 static vm_page_t
2338 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2339 {
2340         struct pch newtail;
2341         struct pv_chunk *pc;
2342         struct md_page *pvh;
2343         pd_entry_t *pde;
2344         pmap_t pmap;
2345         pt_entry_t *pte, tpte;
2346         pv_entry_t pv;
2347         vm_offset_t va;
2348         vm_page_t m, m_pc;
2349         struct spglist free;
2350         uint32_t inuse;
2351         int bit, field, freed;
2352
2353         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2354         pmap = NULL;
2355         m_pc = NULL;
2356         SLIST_INIT(&free);
2357         TAILQ_INIT(&newtail);
2358         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2359             SLIST_EMPTY(&free))) {
2360                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2361                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2362                         if (pmap != NULL) {
2363                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2364                                 if (pmap != locked_pmap)
2365                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2366                         }
2367                         pmap = pc->pc_pmap;
2368                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2369                         if (pmap > locked_pmap)
2370                                 PMAP_LOCK(pmap);
2371                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2372                                 pmap = NULL;
2373                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2374                                 continue;
2375                         }
2376                 }
2377
2378                 /*
2379                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2380                  */
2381                 freed = 0;
2382                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2383                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2384                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2385                                 bit = bsfl(inuse);
2386                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2387                                 va = pv->pv_va;
2388                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2389                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2390                                         continue;
2391                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2392                                 tpte = *pte;
2393                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2394                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2395                                 pmap_pte_release(pte);
2396                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2397                                         continue;
2398                                 KASSERT(tpte != 0,
2399                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2400                                     pmap, va));
2401                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2402                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2403                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2404                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2405                                         vm_page_dirty(m);
2406                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2407                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2408                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2409                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2410                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2411                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2412                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2413                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2414                                                     PGA_WRITEABLE);
2415                                         }
2416                                 }
2417                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2418                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2419                                 freed++;
2420                         }
2421                 }
2422                 if (freed == 0) {
2423                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2424                         continue;
2425                 }
2426                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2427                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2428                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2429                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2430                 pv_entry_count -= freed;
2431                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2432                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2433                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2434                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2435                                     pc_list);
2436                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2437
2438                                 /*
2439                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2440                                  * sufficient.
2441                                  */
2442                                 if (pmap == locked_pmap)
2443                                         goto out;
2444                                 break;
2445                         }
2446                 if (field == _NPCM) {
2447                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2448                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2449                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2450                         /* Entire chunk is free; return it. */
2451                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2452                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2453                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2454                         break;
2455                 }
2456         }
2457 out:
2458         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2459         if (pmap != NULL) {
2460                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2461                 if (pmap != locked_pmap)
2462                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2463         }
2464         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2465                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2466                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2467                 /* Recycle a freed page table page. */
2468                 m_pc->ref_count = 1;
2469         }
2470         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2471         return (m_pc);
2472 }
2473
2474 /*
2475  * free the pv_entry back to the free list
2476  */
2477 static void
2478 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2479 {
2480         struct pv_chunk *pc;
2481         int idx, field, bit;
2482
2483         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2484         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2485         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2486         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2487         pv_entry_count--;
2488         pc = pv_to_chunk(pv);
2489         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2490         field = idx / 32;
2491         bit = idx % 32;
2492         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2493         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2494                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2495                         /*
2496                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2497                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2498                          */
2499                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2500                             pc)) {
2501                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2502                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2503                                     pc_list);
2504                         }
2505                         return;
2506                 }
2507         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2508         free_pv_chunk(pc);
2509 }
2510
2511 static void
2512 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2513 {
2514         vm_page_t m;
2515
2516         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2517         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2518         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2519         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2520         /* entire chunk is free, return it */
2521         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2522         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2523         vm_page_unwire_noq(m);
2524         vm_page_free(m);
2525         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2526 }
2527
2528 /*
2529  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2530  * when needed.
2531  */
2532 static pv_entry_t
2533 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2534 {
2535         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2536         static struct timeval lastprint;
2537         int bit, field;
2538         pv_entry_t pv;
2539         struct pv_chunk *pc;
2540         vm_page_t m;
2541
2542         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2543         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2544         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2545         pv_entry_count++;
2546         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2547                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2548                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2549                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2550                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2551 retry:
2552         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2553         if (pc != NULL) {
2554                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2555                         if (pc->pc_map[field]) {
2556                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2557                                 break;
2558                         }
2559                 }
2560                 if (field < _NPCM) {
2561                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2562                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2563                         /* If this was the last item, move it to tail */
2564                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2565                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2566                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2567                                         return (pv);    /* not full, return */
2568                                 }
2569                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2570                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2571                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2572                         return (pv);
2573                 }
2574         }
2575         /*
2576          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2577          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2578          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2579          */
2580         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2581             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2582                 if (try) {
2583                         pv_entry_count--;
2584                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2585                         return (NULL);
2586                 }
2587                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2588                 if (m == NULL)
2589                         goto retry;
2590         }
2591         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2592         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2593         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2594         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2595         pc->pc_pmap = pmap;
2596         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2597         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2598                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2599         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2600         pv = &pc->pc_pventry[0];
2601         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2602         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2603         return (pv);
2604 }
2605
2606 static __inline pv_entry_t
2607 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2608 {
2609         pv_entry_t pv;
2610
2611         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2612         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2613                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2614                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2615                         break;
2616                 }
2617         }
2618         return (pv);
2619 }
2620
2621 static void
2622 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2623 {
2624         struct md_page *pvh;
2625         pv_entry_t pv;
2626         vm_offset_t va_last;
2627         vm_page_t m;
2628
2629         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2630         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2631             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2632
2633         /*
2634          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2635          * page's pv list.
2636          */
2637         pvh = pa_to_pvh(pa);
2638         va = trunc_4mpage(va);
2639         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2640         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2641         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2642         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2643         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2644         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2645         do {
2646                 m++;
2647                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2648                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2649                 va += PAGE_SIZE;
2650                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2651         } while (va < va_last);
2652 }
2653
2654 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2655 static void
2656 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2657 {
2658         struct md_page *pvh;
2659         pv_entry_t pv;
2660         vm_offset_t va_last;
2661         vm_page_t m;
2662
2663         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2664         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2665             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2666
2667         /*
2668          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2669          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2670          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2671          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2672          * removes one of the mappings that is being promoted.
2673          */
2674         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2675         va = trunc_4mpage(va);
2676         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2677         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2678         pvh = pa_to_pvh(pa);
2679         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2680         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2681         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2682         do {
2683                 m++;
2684                 va += PAGE_SIZE;
2685                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2686         } while (va < va_last);
2687 }
2688 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2689
2690 static void
2691 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2692 {
2693         pv_entry_t pv;
2694
2695         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2696         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2697         free_pv_entry(pmap, pv);
2698 }
2699
2700 static void
2701 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2702 {
2703         struct md_page *pvh;
2704
2705         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2706         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2707         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2708                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2709                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2710                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2711         }
2712 }
2713
2714 /*
2715  * Create a pv entry for page at pa for
2716  * (pmap, va).
2717  */
2718 static void
2719 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2720 {
2721         pv_entry_t pv;
2722
2723         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2724         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2725         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2726         pv->pv_va = va;
2727         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2728 }
2729
2730 /*
2731  * Conditionally create a pv entry.
2732  */
2733 static boolean_t
2734 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2735 {
2736         pv_entry_t pv;
2737
2738         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2739         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2740         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2741             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2742                 pv->pv_va = va;
2743                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2744                 return (TRUE);
2745         } else
2746                 return (FALSE);
2747 }
2748
2749 /*
2750  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2751  */
2752 static bool
2753 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2754 {
2755         struct md_page *pvh;
2756         pv_entry_t pv;
2757         bool noreclaim;
2758
2759         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2760         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2761         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2762             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2763                 return (false);
2764         pv->pv_va = va;
2765         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2766         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2767         return (true);
2768 }
2769
2770 /*
2771  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2772  */
2773 static void
2774 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2775 {
2776         pt_entry_t *pte;
2777
2778         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2779                 *pte = newpte;  
2780                 newpte += PAGE_SIZE;
2781         }
2782 }
2783
2784 /*
2785  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2786  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2787  */
2788 static boolean_t
2789 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2790 {
2791         pd_entry_t newpde, oldpde;
2792         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2793         vm_paddr_t mptepa;
2794         vm_page_t mpte;
2795         struct spglist free;
2796         vm_offset_t sva;
2797
2798         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2799         oldpde = *pde;
2800         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2801             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2802         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2803             NULL) {
2804                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2805                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2806                     " is missing"));
2807
2808                 /*
2809                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2810                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2811                  * allocation of the new page table page fails.
2812                  */
2813                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2814                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2815                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2816                         SLIST_INIT(&free);
2817                         sva = trunc_4mpage(va);
2818                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2819                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2820                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2821                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2822                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2823                             " in pmap %p", va, pmap);
2824                         return (FALSE);
2825                 }
2826                 if (pmap != kernel_pmap) {
2827                         mpte->ref_count = NPTEPG;
2828                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2829                 }
2830         }
2831         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2832
2833         /*
2834          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2835          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2836          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2837          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2838          */
2839         if (pmap == kernel_pmap)
2840                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2841         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2842                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2843                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2844 #ifdef SMP
2845                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2846 #endif
2847                         invlcaddr(PADDR1);
2848                         PMAP1changed++;
2849                 } else
2850 #ifdef SMP
2851                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2852                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2853                         invlcaddr(PADDR1);
2854                         PMAP1changedcpu++;
2855                 } else
2856 #endif
2857                         PMAP1unchanged++;
2858                 firstpte = PADDR1;
2859         } else {
2860                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2861                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2862                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2863                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2864                             (vm_offset_t)PADDR2);
2865                 }
2866                 firstpte = PADDR2;
2867         }
2868         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2869         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2870             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2871         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2872             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2873         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2874         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2875                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2876
2877         /*
2878          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2879          * initialize it.
2880          */
2881         if (mpte->valid == 0)
2882                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2883
2884         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2885             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2886             " addresses"));
2887
2888         /*
2889          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2890          * entries.
2891          */ 
2892         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2893                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2894         
2895         /*
2896          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2897          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2898          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2899          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2900          * the read above and the store below. 
2901          */
2902         if (workaround_erratum383)
2903                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2904         else if (pmap == kernel_pmap)
2905                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2906         else
2907                 pde_store(pde, newpde); 
2908         if (firstpte == PADDR2)
2909                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2910
2911         /*
2912          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2913          */
2914         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2915
2916         /*
2917          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2918          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2919          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2920          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2921          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2922          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2923          * the 2mpage to referencing the page table page.
2924          */
2925         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2926                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2927
2928         pmap_pde_demotions++;
2929         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2930             " in pmap %p", va, pmap);
2931         return (TRUE);
2932 }
2933
2934 /*
2935  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2936  */
2937 static void
2938 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2939 {
2940         pd_entry_t newpde;
2941         vm_paddr_t mptepa;
2942         vm_page_t mpte;
2943
2944         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2945         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2946         if (mpte == NULL)
2947                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2948
2949         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2950         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2951
2952         /*
2953          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2954          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2955          */
2956         if (mpte->valid != 0)
2957                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2958
2959         /*
2960          * Remove the mapping.
2961          */
2962         if (workaround_erratum383)
2963                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2964         else 
2965                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2966
2967         /*
2968          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2969          */
2970         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2971 }
2972
2973 /*
2974  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2975  */
2976 static void
2977 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2978     struct spglist *free)
2979 {
2980         struct md_page *pvh;
2981         pd_entry_t oldpde;
2982         vm_offset_t eva, va;
2983         vm_page_t m, mpte;
2984
2985         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2986         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2987             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2988         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2989         if (oldpde & PG_W)
2990                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2991
2992         /*
2993          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2994          * PG_G.
2995          */
2996         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2997                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2998
2999         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3000         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3001                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3002                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3003                 eva = sva + NBPDR;
3004                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3005                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3006                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3007                                 vm_page_dirty(m);
3008                         if (oldpde & PG_A)
3009                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3010                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3011                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3012                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3013                 }
3014         }
3015         if (pmap == kernel_pmap) {
3016                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3017         } else {
3018                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3019                 if (mpte != NULL) {
3020                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3021                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
3022                         pmap->pm_stats.resident_count--;
3023                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
3024                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
3025                         mpte->ref_count = 0;
3026                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3027                 }
3028         }
3029 }
3030
3031 /*
3032  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3033  */
3034 static int
3035 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
3036     struct spglist *free)
3037 {
3038         pt_entry_t oldpte;
3039         vm_page_t m;
3040
3041         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3042         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3043         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3044         KASSERT(oldpte != 0,
3045             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
3046         if (oldpte & PG_W)
3047                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3048         /*
3049          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3050          * PG_G.
3051          */
3052         if (oldpte & PG_G)
3053                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
3054         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
3055         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3056                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3057                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3058                         vm_page_dirty(m);
3059                 if (oldpte & PG_A)
3060                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3061                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3062         }
3063         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3064 }
3065
3066 /*
3067  * Remove a single page from a process address space
3068  */
3069 static void
3070 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3071 {
3072         pt_entry_t *pte;
3073
3074         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3075         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3076         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3077         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3078                 return;
3079         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3080         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3081 }
3082
3083 /*
3084  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3085  */
3086 static bool
3087 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3088     struct spglist *free)
3089 {
3090         pt_entry_t *pte;
3091         bool anyvalid;
3092
3093         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3094         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3095         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3096         anyvalid = false;
3097         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3098             sva += PAGE_SIZE) {
3099                 if (*pte == 0)
3100                         continue;
3101
3102                 /*
3103                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3104                  * pmap_remove_pte().
3105                  */
3106                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3107                         anyvalid = true;
3108
3109                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3110                         break;
3111         }
3112         return (anyvalid);
3113 }
3114
3115 /*
3116  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3117  *
3118  *      It is assumed that the start and end are properly
3119  *      rounded to the page size.
3120  */
3121 static void
3122 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3123 {
3124         vm_offset_t pdnxt;
3125         pd_entry_t ptpaddr;
3126         struct spglist free;
3127         int anyvalid;
3128
3129         /*
3130          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3131          */
3132         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3133                 return;
3134
3135         anyvalid = 0;
3136         SLIST_INIT(&free);
3137
3138         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3139         sched_pin();
3140         PMAP_LOCK(pmap);
3141
3142         /*
3143          * special handling of removing one page.  a very
3144          * common operation and easy to short circuit some
3145          * code.
3146          */
3147         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3148             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3149                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3150                 goto out;
3151         }
3152
3153         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3154                 u_int pdirindex;
3155
3156                 /*
3157                  * Calculate index for next page table.
3158                  */
3159                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3160                 if (pdnxt < sva)
3161                         pdnxt = eva;
3162                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3163                         break;
3164
3165                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3166                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3167
3168                 /*
3169                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3170                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3171                  */
3172                 if (ptpaddr == 0)
3173                         continue;
3174
3175                 /*
3176                  * Check for large page.
3177                  */
3178                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3179                         /*
3180                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3181                          * demote the mapping and fall through.
3182                          */
3183                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3184                                 /*
3185                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3186                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3187                                  */
3188                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3189                                         anyvalid = 1;
3190                                 pmap_remove_pde(pmap,
3191                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3192                                 continue;
3193                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3194                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3195                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3196                                 continue;
3197                         }
3198                 }
3199
3200                 /*
3201                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3202                  * by the current page table page, or to the end of the
3203                  * range being removed.
3204                  */
3205                 if (pdnxt > eva)
3206                         pdnxt = eva;
3207
3208                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3209                         anyvalid = 1;
3210         }
3211 out:
3212         sched_unpin();
3213         if (anyvalid)
3214                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3215         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3216         PMAP_UNLOCK(pmap);
3217         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3218 }
3219
3220 /*
3221  *      Routine:        pmap_remove_all
3222  *      Function:
3223  *              Removes this physical page from
3224  *              all physical maps in which it resides.
3225  *              Reflects back modify bits to the pager.
3226  *
3227  *      Notes:
3228  *              Original versions of this routine were very
3229  *              inefficient because they iteratively called
3230  *              pmap_remove (slow...)
3231  */
3232
3233 static void
3234 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3235 {
3236         struct md_page *pvh;
3237         pv_entry_t pv;
3238         pmap_t pmap;
3239         pt_entry_t *pte, tpte;
3240         pd_entry_t *pde;
3241         vm_offset_t va;
3242         struct spglist free;
3243
3244         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3245             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3246         SLIST_INIT(&free);
3247         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3248         sched_pin();
3249         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3250                 goto small_mappings;
3251         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3252         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3253                 va = pv->pv_va;
3254                 pmap = PV_PMAP(pv);
3255                 PMAP_LOCK(pmap);
3256                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3257                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3258                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3259         }
3260 small_mappings:
3261         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3262                 pmap = PV_PMAP(pv);
3263                 PMAP_LOCK(pmap);
3264                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3265                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3266                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3267                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3268                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3269                 tpte = pte_load_clear(pte);
3270                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3271                     pmap, pv->pv_va));
3272                 if (tpte & PG_W)
3273                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3274                 if (tpte & PG_A)
3275                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3276
3277                 /*
3278                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3279                  */
3280                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3281                         vm_page_dirty(m);
3282                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3283                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3284                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3285                 free_pv_entry(pmap, pv);
3286                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3287         }
3288         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3289         sched_unpin();
3290         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3291         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3292 }
3293
3294 /*
3295  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3296  */
3297 static boolean_t
3298 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3299 {
3300         pd_entry_t newpde, oldpde;
3301         vm_page_t m, mt;
3302         boolean_t anychanged;
3303
3304         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3305         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3306             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3307         anychanged = FALSE;
3308 retry:
3309         oldpde = newpde = *pde;
3310         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3311                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3312                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3313                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3314                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3315                                 vm_page_dirty(mt);
3316                 }
3317                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3318         }
3319 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3320         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3321                 newpde |= pg_nx;
3322 #endif
3323         if (newpde != oldpde) {
3324                 /*
3325                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3326                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3327                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3328                  */
3329                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3330                         goto retry;
3331                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3332                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3333                 else
3334                         anychanged = TRUE;
3335         }
3336         return (anychanged);
3337 }
3338
3339 /*
3340  *      Set the physical protection on the
3341  *      specified range of this map as requested.
3342  */
3343 static void
3344 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3345     vm_prot_t prot)
3346 {
3347         vm_offset_t pdnxt;
3348         pd_entry_t ptpaddr;
3349         pt_entry_t *pte;
3350         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3351
3352         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3353         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3354                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3355                 return;
3356         }
3357
3358 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3359         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3360             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3361                 return;
3362 #else
3363         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3364                 return;
3365 #endif
3366
3367         if (pmap_is_current(pmap))
3368                 pv_lists_locked = FALSE;
3369         else {
3370                 pv_lists_locked = TRUE;
3371 resume:
3372                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3373                 sched_pin();
3374         }
3375         anychanged = FALSE;
3376
3377         PMAP_LOCK(pmap);
3378         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3379                 pt_entry_t obits, pbits;
3380                 u_int pdirindex;
3381
3382                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3383                 if (pdnxt < sva)
3384                         pdnxt = eva;
3385
3386                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3387                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3388
3389                 /*
3390                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3391                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3392                  */
3393                 if (ptpaddr == 0)
3394                         continue;
3395
3396                 /*
3397                  * Check for large page.
3398                  */
3399                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3400                         /*
3401                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3402                          * demote the mapping and fall through.
3403                          */
3404                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3405                                 /*
3406                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3407                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3408                                  */
3409                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3410                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3411                                         anychanged = TRUE;
3412                                 continue;
3413                         } else {
3414                                 if (!pv_lists_locked) {
3415                                         pv_lists_locked = TRUE;
3416                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3417                                                 if (anychanged)
3418                                                         pmap_invalidate_all_int(
3419                                                             pmap);
3420                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3421                                                 goto resume;
3422                                         }
3423                                         sched_pin();
3424                                 }
3425                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3426                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3427                                         /*
3428                                          * The large page mapping was
3429                                          * destroyed.
3430                                          */
3431                                         continue;
3432                                 }
3433                         }
3434                 }
3435
3436                 if (pdnxt > eva)
3437                         pdnxt = eva;
3438
3439                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3440                     sva += PAGE_SIZE) {
3441                         vm_page_t m;
3442
3443 retry:
3444                         /*
3445                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3446                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3447                          * significant 32 bits.
3448                          */
3449                         obits = pbits = *pte;
3450                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3451                                 continue;
3452
3453                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3454                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3455                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3456                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3457                                         vm_page_dirty(m);
3458                                 }
3459                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3460                         }
3461 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3462                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3463                                 pbits |= pg_nx;
3464 #endif
3465
3466                         if (pbits != obits) {
3467 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3468                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3469                                         goto retry;
3470 #else
3471                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3472                                     pbits))
3473                                         goto retry;
3474 #endif
3475                                 if (obits & PG_G)
3476                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3477                                 else
3478                                         anychanged = TRUE;
3479                         }
3480                 }
3481         }
3482         if (anychanged)
3483                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3484         if (pv_lists_locked) {
3485                 sched_unpin();
3486                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3487         }
3488         PMAP_UNLOCK(pmap);
3489 }
3490
3491 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3492 /*
3493  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3494  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3495  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3496  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3497  * mappings must have identical characteristics.
3498  *
3499  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3500  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3501  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3502  * pmap.
3503  */
3504 static void
3505 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3506 {
3507         pd_entry_t newpde;
3508         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3509         vm_offset_t oldpteva;
3510         vm_page_t mpte;
3511
3512         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3513
3514         /*
3515          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3516          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3517          * within a 2- or 4MB page.
3518          */
3519         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3520 setpde:
3521         newpde = *firstpte;
3522         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3523                 pmap_pde_p_failures++;
3524                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3525                     " in pmap %p", va, pmap);
3526                 return;
3527         }
3528         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3529                 pmap_pde_p_failures++;
3530                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3531                     " in pmap %p", va, pmap);
3532                 return;
3533         }
3534         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3535                 /*
3536                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3537                  * a TLB invalidation.
3538                  */
3539                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3540                     ~PG_RW))  
3541                         goto setpde;
3542                 newpde &= ~PG_RW;
3543         }
3544
3545         /* 
3546          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3547          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3548          * characteristics to the first PTE.
3549          */
3550         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3551         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3552 setpte:
3553                 oldpte = *pte;
3554                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3555                         pmap_pde_p_failures++;
3556                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3557                             " in pmap %p", va, pmap);
3558                         return;
3559                 }
3560                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3561                         /*
3562                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3563                          * without a TLB invalidation.
3564                          */
3565                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3566                             oldpte & ~PG_RW))
3567                                 goto setpte;
3568                         oldpte &= ~PG_RW;
3569                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3570                             (va & ~PDRMASK);
3571                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3572                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3573                 }
3574                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3575                         pmap_pde_p_failures++;
3576                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3577                             " in pmap %p", va, pmap);
3578                         return;
3579                 }
3580                 pa -= PAGE_SIZE;
3581         }
3582
3583         /*
3584          * Save the page table page in its current state until the PDE
3585          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3586          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3587          */
3588         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3589         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3590             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3591             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3592         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3593             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3594         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3595                 pmap_pde_p_failures++;
3596                 CTR2(KTR_PMAP,
3597                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3598                     pmap);
3599                 return;
3600         }
3601
3602         /*
3603          * Promote the pv entries.
3604          */
3605         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3606                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3607
3608         /*
3609          * Propagate the PAT index to its proper position.
3610          */
3611         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3612                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3613
3614         /*
3615          * Map the superpage.
3616          */
3617         if (workaround_erratum383)
3618                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3619         else if (pmap == kernel_pmap)
3620                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3621         else
3622                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3623
3624         pmap_pde_promotions++;
3625         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3626             " in pmap %p", va, pmap);
3627 }
3628 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3629
3630 /*
3631  *      Insert the given physical page (p) at
3632  *      the specified virtual address (v) in the
3633  *      target physical map with the protection requested.
3634  *
3635  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3636  *      that the related pte can not be reclaimed.
3637  *
3638  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3639  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3640  *      insert this page into the given map NOW.
3641  */
3642 static int
3643 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3644     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3645 {
3646         pd_entry_t *pde;
3647         pt_entry_t *pte;
3648         pt_entry_t newpte, origpte;
3649         pv_entry_t pv;
3650         vm_paddr_t opa, pa;
3651         vm_page_t mpte, om;
3652         int rv;
3653
3654         va = trunc_page(va);
3655         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3656             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3657             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3658         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3659             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3660             va));
3661         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3662             va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3663             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3664         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3665                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3666         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3667             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3668         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3669         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3670         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3671                 newpte |= PG_M;
3672         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3673                 newpte |= PG_RW;
3674         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3675             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3676 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3677         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3678                 newpte |= pg_nx;
3679 #endif
3680         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3681                 newpte |= PG_W;
3682         if (pmap != kernel_pmap)
3683                 newpte |= PG_U;
3684         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3685         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3686                 newpte |= PG_MANAGED;
3687
3688         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3689         PMAP_LOCK(pmap);
3690         sched_pin();
3691         if (psind == 1) {
3692                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3693                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3694                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3695                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3696                 goto out;
3697         }
3698
3699         pde = pmap_pde(pmap, va);
3700         if (pmap != kernel_pmap) {
3701                 /*
3702                  * va is for UVA.
3703                  * In the case that a page table page is not resident,
3704                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3705                  * demotion.
3706                  */
3707                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3708                 if (mpte == NULL) {
3709                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3710                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3711                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3712                         goto out;
3713                 }
3714         } else {
3715                 /*
3716                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3717                  * to install a page table page.  PG_V is also
3718                  * asserted by pmap_demote_pde().
3719                  */
3720                 mpte = NULL;
3721                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3722                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3723                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3724                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3725                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3726         }
3727         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3728
3729         /*
3730          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3731          * happen.  We should have either allocated the page table
3732          * page or demoted the existing mapping above.
3733          */
3734         if (pte == NULL) {
3735                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3736                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3737         }
3738
3739         origpte = *pte;
3740         pv = NULL;
3741
3742         /*
3743          * Is the specified virtual address already mapped?
3744          */
3745         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3746                 /*
3747                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3748                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3749                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3750                  * the PT page will be also.
3751                  */
3752                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3753                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3754                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3755                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3756
3757                 /*
3758                  * Remove the extra PT page reference.
3759                  */
3760                 if (mpte != NULL) {
3761                         mpte->ref_count--;
3762                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3763                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3764                              " va: 0x%x", va));
3765                 }
3766
3767                 /*
3768                  * Has the physical page changed?
3769                  */
3770                 opa = origpte & PG_FRAME;
3771                 if (opa == pa) {
3772                         /*
3773                          * No, might be a protection or wiring change.
3774                          */
3775                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3776                             (newpte & PG_RW) != 0)
3777                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3778                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3779                                 goto unchanged;
3780                         goto validate;
3781                 }
3782
3783                 /*
3784                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3785                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3786                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3787                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3788                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3789                  * avoiding an allocation.
3790                  *
3791                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3792                  */
3793                 origpte = pte_load_clear(pte);
3794                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3795                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3796                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3797                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3798
3799                         /*
3800                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3801                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3802                          * pmap_ts_referenced().
3803                          */
3804                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3805                                 vm_page_dirty(om);
3806                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
3807                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3808                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3809                         }
3810                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3811                         KASSERT(pv != NULL,
3812                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3813                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3814                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3815                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3816                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3817                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3818                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3819                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3820                 } else {
3821                         /*
3822                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
3823                          * is set.
3824                          */
3825                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3826                 }
3827                 origpte = 0;
3828         } else {
3829                 /*
3830                  * Increment the counters.
3831                  */
3832                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3833                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3834                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3835         }
3836
3837         /*
3838          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3839          */
3840         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3841                 if (pv == NULL) {
3842                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3843                         pv->pv_va = va;
3844                 }
3845                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3846                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3847                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3848         }
3849
3850         /*
3851          * Update the PTE.
3852          */
3853         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3854 validate:
3855                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3856                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3857                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3858                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3859                     (PG_M | PG_RW)) {
3860                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3861                                 vm_page_dirty(m);
3862
3863                         /*
3864                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3865                          * invalidation may nonetheless be required because
3866                          * the PTE no longer has PG_M set.
3867                          */
3868                 }
3869 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3870                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3871                         /*
3872                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3873                          */
3874                         goto unchanged;
3875                 }
3876 #endif
3877                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3878                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3879         } else
3880                 pte_store_zero(pte, newpte);
3881
3882 unchanged:
3883
3884 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3885         /*
3886          * If both the page table page and the reservation are fully
3887          * populated, then attempt promotion.
3888          */
3889         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
3890             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3891             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3892                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3893 #endif
3894
3895         rv = KERN_SUCCESS;
3896 out:
3897         sched_unpin();
3898         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3899         PMAP_UNLOCK(pmap);
3900         return (rv);
3901 }
3902
3903 /*
3904  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3905  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3906  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3907  * reclaiming another PV entry.
3908  */
3909 static bool
3910 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3911 {
3912         pd_entry_t newpde;
3913
3914         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3915         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3916             PG_PS | PG_V;
3917         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3918                 newpde |= PG_MANAGED;
3919 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3920         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3921                 newpde |= pg_nx;
3922 #endif
3923         if (pmap != kernel_pmap)
3924                 newpde |= PG_U;
3925         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3926             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3927             KERN_SUCCESS);
3928 }
3929
3930 /*
3931  * Returns true if every page table entry in the page table page that maps
3932  * the specified kernel virtual address is zero.
3933  */
3934 static bool
3935 pmap_every_pte_zero(vm_offset_t va)
3936 {
3937         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3938
3939         KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("va is misaligned"));
3940         pte = vtopte(va);
3941         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
3942                 if (*pte != 0)
3943                         return (false);
3944         }
3945         return (true);
3946 }
3947
3948 /*
3949  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3950  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3951  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3952  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3953  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3954  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3955  *
3956  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3957  */
3958 static int
3959 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3960     vm_page_t m)
3961 {
3962         struct spglist free;
3963         pd_entry_t oldpde, *pde;
3964         vm_page_t mt;
3965
3966         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3967         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3968             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3969         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3970             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3971         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3972         pde = pmap_pde(pmap, va);
3973         oldpde = *pde;
3974         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3975                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (pmap !=
3976                     kernel_pmap || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
3977                     !pmap_every_pte_zero(va))) {
3978                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3979                             " in pmap %p", va, pmap);
3980                         return (KERN_FAILURE);
3981                 }
3982                 /* Break the existing mapping(s). */
3983                 SLIST_INIT(&free);
3984                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3985                         /*
3986                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3987                          * reserved PT page could be freed.
3988                          */
3989                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3990                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3991                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3992                 } else {
3993                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3994                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3995                 }
3996                 if (pmap != kernel_pmap) {
3997                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3998                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3999                             pde));
4000                 } else {
4001                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
4002                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
4003
4004                         /*
4005                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
4006                          * leave the kernel page table page zero filled.
4007                          */
4008                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4009                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4010                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4011                 }
4012         }
4013         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4014                 /*
4015                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4016                  */
4017                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
4018                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4019                             " in pmap %p", va, pmap);
4020                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4021                 }
4022                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4023                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4024                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4025                 }
4026         }
4027
4028         /*
4029          * Increment counters.
4030          */
4031         if ((newpde & PG_W) != 0)
4032                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4033         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4034
4035         /*
4036          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4037          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4038          */
4039         pde_store(pde, newpde);
4040
4041         pmap_pde_mappings++;
4042         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4043             va, pmap);
4044         return (KERN_SUCCESS);
4045 }
4046
4047 /*
4048  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4049  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4050  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4051  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4052  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4053  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4054  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4055  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4056  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4057  * corresponding offset from m_start are mapped.
4058  */
4059 static void
4060 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4061     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4062 {
4063         vm_offset_t va;
4064         vm_page_t m, mpte;
4065         vm_pindex_t diff, psize;
4066
4067         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4068
4069         psize = atop(end - start);
4070         mpte = NULL;
4071         m = m_start;
4072         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4073         PMAP_LOCK(pmap);
4074         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4075                 va = start + ptoa(diff);
4076                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4077                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
4078                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
4079                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4080                 else
4081                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4082                             mpte);
4083                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4084         }
4085         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4086         PMAP_UNLOCK(pmap);
4087 }
4088
4089 /*
4090  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4091  * 1. Current pmap & pmap exists.
4092  * 2. Not wired.
4093  * 3. Read access.
4094  * 4. No page table pages.
4095  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4096  */
4097
4098 static void
4099 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4100     vm_prot_t prot)
4101 {
4102
4103         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4104         PMAP_LOCK(pmap);
4105         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4106         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4107         PMAP_UNLOCK(pmap);
4108 }
4109
4110 static vm_page_t
4111 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4112     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4113 {
4114         pt_entry_t newpte, *pte;
4115
4116         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
4117             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4118             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4119         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4120         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4121
4122         /*
4123          * In the case that a page table page is not
4124          * resident, we are creating it here.
4125          */
4126         if (pmap != kernel_pmap) {
4127                 u_int ptepindex;
4128                 pd_entry_t ptepa;
4129
4130                 /*
4131                  * Calculate pagetable page index
4132                  */
4133                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4134                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4135                         mpte->ref_count++;
4136                 } else {
4137                         /*
4138                          * Get the page directory entry
4139                          */
4140                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4141
4142                         /*
4143                          * If the page table page is mapped, we just increment
4144                          * the hold count, and activate it.
4145                          */
4146                         if (ptepa) {
4147                                 if (ptepa & PG_PS)
4148                                         return (NULL);
4149                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4150                                 mpte->ref_count++;
4151                         } else {
4152                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4153                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4154                                 if (mpte == NULL)
4155                                         return (mpte);
4156                         }
4157                 }
4158         } else {
4159                 mpte = NULL;
4160         }
4161
4162         sched_pin();
4163         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4164         if (*pte) {
4165                 if (mpte != NULL)
4166                         mpte->ref_count--;
4167                 sched_unpin();
4168                 return (NULL);
4169         }
4170
4171         /*
4172          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4173          */
4174         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4175             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4176                 if (mpte != NULL)
4177                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4178                 sched_unpin();
4179                 return (NULL);
4180         }
4181
4182         /*
4183          * Increment counters
4184          */
4185         pmap->pm_stats.resident_count++;
4186
4187         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4188             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4189         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4190                 newpte |= PG_MANAGED;
4191 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4192         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4193                 newpte |= pg_nx;
4194 #endif
4195         if (pmap != kernel_pmap)
4196                 newpte |= PG_U;
4197         pte_store_zero(pte, newpte);
4198         sched_unpin();
4199         return (mpte);
4200 }
4201
4202 /*
4203  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4204  * to be used for panic dumps.
4205  */
4206 static void *
4207 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4208 {
4209         vm_offset_t va;
4210
4211         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4212         pmap_kenter(va, pa);
4213         invlpg(va);
4214         return ((void *)crashdumpmap);
4215 }
4216
4217 /*
4218  * This code maps large physical mmap regions into the
4219  * processor address space.  Note that some shortcuts
4220  * are taken, but the code works.
4221  */
4222 static void
4223 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4224     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4225 {
4226         pd_entry_t *pde;
4227         vm_paddr_t pa, ptepa;
4228         vm_page_t p;
4229         int pat_mode;
4230
4231         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4232         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4233             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4234         if (pg_ps_enabled &&
4235             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4236                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4237                         return;
4238                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4239                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4240                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4241                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4242
4243                 /*
4244                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4245                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4246                  */
4247                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4248                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4249                         return;
4250
4251                 /*
4252                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4253                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4254                  * memory attributes.
4255                  */
4256                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4257                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4258                     pa += PAGE_SIZE) {
4259                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4260                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4261                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4262                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4263                                 return;
4264                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4265                 }
4266
4267                 /*
4268                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4269                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4270                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4271                  */
4272                 PMAP_LOCK(pmap);
4273                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4274                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4275                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4276                         if (*pde == 0) {
4277                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4278                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4279                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4280                                     PAGE_SIZE;
4281                                 pmap_pde_mappings++;
4282                         }
4283                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4284                         addr += NBPDR;
4285                 }
4286                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4287         }
4288 }
4289
4290 /*
4291  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4292  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4293  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4294  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4295  *
4296  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4297  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4298  */
4299 static void
4300 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4301 {
4302         vm_offset_t pdnxt;
4303         pd_entry_t *pde;
4304         pt_entry_t *pte;
4305         boolean_t pv_lists_locked;
4306
4307         if (pmap_is_current(pmap))
4308                 pv_lists_locked = FALSE;
4309         else {
4310                 pv_lists_locked = TRUE;
4311 resume:
4312                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4313                 sched_pin();
4314         }
4315         PMAP_LOCK(pmap);
4316         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4317                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4318                 if (pdnxt < sva)
4319                         pdnxt = eva;
4320                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4321                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4322                         continue;
4323                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4324                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4325                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4326                                     (uintmax_t)*pde);
4327
4328                         /*
4329                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4330                          * demote the mapping and fall through.
4331                          */
4332                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4333                                 /*
4334                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4335                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4336                                  * significant 32 bits.
4337                                  */
4338                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4339                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4340                                     PAGE_SIZE;
4341                                 continue;
4342                         } else {
4343                                 if (!pv_lists_locked) {
4344                                         pv_lists_locked = TRUE;
4345                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4346                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4347                                                 /* Repeat sva. */
4348                                                 goto resume;
4349                                         }
4350                                         sched_pin();
4351                                 }
4352                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4353                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4354                         }
4355                 }
4356                 if (pdnxt > eva)
4357                         pdnxt = eva;
4358                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4359                     sva += PAGE_SIZE) {
4360                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4361                                 continue;
4362                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4363                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4364                                     (uintmax_t)*pte);
4365
4366                         /*
4367                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4368                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4369                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4370                          *
4371                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4372                          */
4373                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4374                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4375                 }
4376         }
4377         if (pv_lists_locked) {
4378                 sched_unpin();
4379                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4380         }
4381         PMAP_UNLOCK(pmap);
4382 }
4383
4384
4385 /*
4386  *      Copy the range specified by src_addr/len
4387  *      from the source map to the range dst_addr/len
4388  *      in the destination map.
4389  *
4390  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4391  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4392  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4393  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4394  *      world.
4395  */
4396
4397 static void
4398 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4399     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4400 {
4401         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4402         pd_entry_t srcptepaddr;
4403         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4404         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4405         u_int ptepindex;
4406
4407         if (dst_addr != src_addr)
4408                 return;
4409
4410         end_addr = src_addr + len;
4411
4412         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4413         if (dst_pmap < src_pmap) {
4414                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4415                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4416         } else {
4417                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4418                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4419         }
4420         sched_pin();
4421         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4422                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4423                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4424
4425                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4426                 if (pdnxt < addr)
4427                         pdnxt = end_addr;
4428                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4429
4430                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4431                 if (srcptepaddr == 0)
4432                         continue;
4433
4434                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4435                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4436                                 continue;
4437                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4438                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4439                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4440                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4441                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4442                                     ~PG_W;
4443                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4444                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4445                                 pmap_pde_mappings++;
4446                         }
4447                         continue;
4448                 }
4449
4450                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4451                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4452                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4453
4454                 if (pdnxt > end_addr)
4455                         pdnxt = end_addr;
4456
4457                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4458                 while (addr < pdnxt) {
4459                         ptetemp = *src_pte;
4460                         /*
4461                          * we only virtual copy managed pages
4462                          */
4463                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4464                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4465                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4466                                 if (dstmpte == NULL)
4467                                         goto out;
4468                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4469                                 if (*dst_pte == 0 &&
4470                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4471                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4472                                         /*
4473                                          * Clear the wired, modified, and
4474                                          * accessed (referenced) bits
4475                                          * during the copy.
4476                                          */
4477                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4478                                             PG_A);
4479                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4480                                 } else {
4481                                         pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4482                                         goto out;
4483                                 }
4484                                 if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4485                                         break;
4486                         }
4487                         addr += PAGE_SIZE;
4488                         src_pte++;
4489                 }
4490         }
4491 out:
4492         sched_unpin();
4493         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4494         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4495         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4496 }
4497
4498 /*
4499  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4500  */
4501 static __inline void
4502 pagezero(void *page)
4503 {
4504 #if defined(I686_CPU)
4505         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4506                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4507                         sse2_pagezero(page);
4508                 else
4509                         i686_pagezero(page);
4510         } else
4511 #endif
4512                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4513 }
4514
4515 /*
4516  * Zero the specified hardware page.
4517  */
4518 static void
4519 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4520 {
4521         pt_entry_t *cmap_pte2;
4522         struct pcpu *pc;
4523
4524         sched_pin();
4525         pc = get_pcpu();
4526         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4527         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4528         if (*cmap_pte2)
4529                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4530         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4531             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4532         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4533         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4534         *cmap_pte2 = 0;
4535
4536         /*
4537          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4538          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4539          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4540          */
4541         sched_unpin();
4542         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4543 }
4544
4545 /*
4546  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4547  * cover an area beyond a single hardware page.
4548  */
4549 static void
4550 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4551 {
4552         pt_entry_t *cmap_pte2;
4553         struct pcpu *pc;
4554
4555         sched_pin();
4556         pc = get_pcpu();
4557         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4558         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4559         if (*cmap_pte2)
4560                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4561         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4562             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4563         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4564         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4565                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4566         else
4567                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4568         *cmap_pte2 = 0;
4569         sched_unpin();
4570         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4571 }
4572
4573 /*
4574  * Copy 1 specified hardware page to another.
4575  */
4576 static void
4577 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4578 {
4579         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4580         struct pcpu *pc;
4581
4582         sched_pin();
4583         pc = get_pcpu();
4584         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4585         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4586         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4587         if (*cmap_pte1)
4588                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4589         if (*cmap_pte2)
4590                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4591         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4592             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4593         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4594         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4595             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4596         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4597         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4598         *cmap_pte1 = 0;
4599         *cmap_pte2 = 0;
4600         sched_unpin();
4601         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4602 }
4603
4604 static void
4605 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4606     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4607 {
4608         vm_page_t a_pg, b_pg;
4609         char *a_cp, *b_cp;
4610         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4611         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4612         struct pcpu *pc;
4613         int cnt;
4614
4615         sched_pin();
4616         pc = get_pcpu();
4617         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4618         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4619         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4620         if (*cmap_pte1 != 0)
4621                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4622         if (*cmap_pte2 != 0)
4623                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4624         while (xfersize > 0) {
4625                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4626                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4627                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4628                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4629                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4630                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4631                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4632                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4633                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4634                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4635                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4636                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4637                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4638                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4639                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4640                 a_offset += cnt;
4641                 b_offset += cnt;
4642                 xfersize -= cnt;
4643         }
4644         *cmap_pte1 = 0;
4645         *cmap_pte2 = 0;
4646         sched_unpin();
4647         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4648 }
4649
4650 /*
4651  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4652  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4653  * be changed upwards or downwards in the future; it
4654  * is only necessary that true be returned for a small
4655  * subset of pmaps for proper page aging.
4656  */
4657 static boolean_t
4658 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4659 {
4660         struct md_page *pvh;
4661         pv_entry_t pv;
4662         int loops = 0;
4663         boolean_t rv;
4664
4665         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4666             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4667         rv = FALSE;
4668         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4669         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4670                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4671                         rv = TRUE;
4672                         break;
4673                 }
4674                 loops++;
4675                 if (loops >= 16)
4676                         break;
4677         }
4678         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4679                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4680                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4681                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4682                                 rv = TRUE;
4683                                 break;
4684                         }
4685                         loops++;
4686                         if (loops >= 16)
4687                                 break;
4688                 }
4689         }
4690         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4691         return (rv);
4692 }
4693
4694 /*
4695  *      pmap_page_wired_mappings:
4696  *
4697  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4698  *      that are wired.
4699  */
4700 static int
4701 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4702 {
4703         int count;
4704
4705         count = 0;
4706         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4707                 return (count);
4708         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4709         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4710         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4711             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4712                 count);
4713         }
4714         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4715         return (count);
4716 }
4717
4718 /*
4719  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4720  *
4721  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4722  */
4723 static int
4724 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4725 {
4726         pmap_t pmap;
4727         pt_entry_t *pte;
4728         pv_entry_t pv;
4729
4730         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4731         sched_pin();
4732         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4733                 pmap = PV_PMAP(pv);
4734                 PMAP_LOCK(pmap);
4735                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4736                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4737                         count++;
4738                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4739         }
4740         sched_unpin();
4741         return (count);
4742 }
4743
4744 /*
4745  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4746  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4747  */
4748 static boolean_t
4749 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4750 {
4751         boolean_t rv;
4752
4753         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4754                 return (FALSE);
4755         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4756         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4757             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4758             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4759         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4760         return (rv);
4761 }
4762
4763 /*
4764  * Remove all pages from specified address space
4765  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4766  * is special cased for current process only, but
4767  * can have the more generic (and slightly slower)
4768  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4769  * in the case of running down an entire address space.
4770  */
4771 static void
4772 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4773 {
4774         pt_entry_t *pte, tpte;
4775         vm_page_t m, mpte, mt;
4776         pv_entry_t pv;
4777         struct md_page *pvh;
4778         struct pv_chunk *pc, *npc;
4779         struct spglist free;
4780         int field, idx;
4781         int32_t bit;
4782         uint32_t inuse, bitmask;
4783         int allfree;
4784
4785         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4786                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4787                 return;
4788         }
4789         SLIST_INIT(&free);
4790         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4791         PMAP_LOCK(pmap);
4792         sched_pin();
4793         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4794                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4795                     pc->pc_pmap));
4796                 allfree = 1;
4797                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4798                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4799                         while (inuse != 0) {
4800                                 bit = bsfl(inuse);
4801                                 bitmask = 1UL << bit;
4802                                 idx = field * 32 + bit;
4803                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4804                                 inuse &= ~bitmask;
4805
4806                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4807                                 tpte = *pte;
4808                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4809                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4810                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4811                                 }
4812
4813                                 if (tpte == 0) {
4814                                         printf(
4815                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4816                                             pte, pv->pv_va);
4817                                         panic("bad pte");
4818                                 }
4819
4820 /*
4821  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4822  */
4823                                 if (tpte & PG_W) {
4824                                         allfree = 0;
4825                                         continue;
4826                                 }
4827
4828                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4829                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4830                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4831                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4832                                     (uintmax_t)tpte));
4833
4834                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4835                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4836                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4837                                     (uintmax_t)tpte));
4838
4839                                 pte_clear(pte);
4840
4841                                 /*
4842                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4843                                  */
4844                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4845                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4846                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4847                                                         vm_page_dirty(mt);
4848                                         } else
4849                                                 vm_page_dirty(m);
4850                                 }
4851
4852                                 /* Mark free */
4853                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4854                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4855                                 pv_entry_count--;
4856                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4857                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4858                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4859                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4860                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4861                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4862                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4863                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4864                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4865                                         }
4866                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4867                                         if (mpte != NULL) {
4868                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4869                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4870                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4871                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
4872                                                     ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
4873                                                 mpte->ref_count = 0;
4874                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4875                                         }
4876                                 } else {
4877                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4878                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4879                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4880                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4881                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4882                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4883                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4884                                         }
4885                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4886                                 }
4887                         }
4888                 }
4889                 if (allfree) {
4890                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4891                         free_pv_chunk(pc);
4892                 }
4893         }
4894         sched_unpin();
4895         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4896         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4897         PMAP_UNLOCK(pmap);
4898         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4899 }
4900
4901 /*
4902  *      pmap_is_modified:
4903  *
4904  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4905  *      in any physical maps.
4906  */
4907 static boolean_t
4908 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4909 {
4910         boolean_t rv;
4911
4912         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4913             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4914
4915         /*
4916          * If the page is not busied then this check is racy.
4917          */
4918         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4919                 return (FALSE);
4920         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4921         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4922             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4923             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4924         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4925         return (rv);
4926 }
4927
4928 /*
4929  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4930  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4931  * mappings are supported.
4932  */
4933 static boolean_t
4934 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4935 {
4936         pv_entry_t pv;
4937         pt_entry_t *pte;
4938         pmap_t pmap;
4939         boolean_t rv;
4940
4941         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4942         rv = FALSE;
4943         sched_pin();
4944         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4945                 pmap = PV_PMAP(pv);
4946                 PMAP_LOCK(pmap);
4947                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4948                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4949                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4950                 if (rv)
4951                         break;
4952         }
4953         sched_unpin();
4954         return (rv);
4955 }
4956
4957 /*
4958  *      pmap_is_prefaultable:
4959  *
4960  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4961  *      for prefault.
4962  */
4963 static boolean_t
4964 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4965 {
4966         pd_entry_t pde;
4967         boolean_t rv;
4968
4969         rv = FALSE;
4970         PMAP_LOCK(pmap);
4971         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4972         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4973                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4974         PMAP_UNLOCK(pmap);
4975         return (rv);
4976 }
4977
4978 /*
4979  *      pmap_is_referenced:
4980  *
4981  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4982  *      in any physical maps.
4983  */
4984 static boolean_t
4985 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4986 {
4987         boolean_t rv;
4988
4989         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4990             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4991         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4992         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4993             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4994             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4995         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4996         return (rv);
4997 }
4998
4999 /*
5000  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
5001  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
5002  */
5003 static boolean_t
5004 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
5005 {
5006         pv_entry_t pv;
5007         pt_entry_t *pte;
5008         pmap_t pmap;
5009         boolean_t rv;
5010
5011         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5012         rv = FALSE;
5013         sched_pin();
5014         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5015                 pmap = PV_PMAP(pv);
5016                 PMAP_LOCK(pmap);
5017                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5018                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
5019                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5020                 if (rv)
5021                         break;
5022         }
5023         sched_unpin();
5024         return (rv);
5025 }
5026
5027 /*
5028  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5029  */
5030 static void
5031 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
5032 {
5033         struct md_page *pvh;
5034         pv_entry_t next_pv, pv;
5035         pmap_t pmap;
5036         pd_entry_t *pde;
5037         pt_entry_t oldpte, *pte;
5038         vm_offset_t va;
5039
5040         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5041             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5042         vm_page_assert_busied(m);
5043
5044         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5045                 return;
5046         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5047         sched_pin();
5048         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5049                 goto small_mappings;
5050         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5051         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5052                 va = pv->pv_va;
5053                 pmap = PV_PMAP(pv);
5054                 PMAP_LOCK(pmap);
5055                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5056                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5057                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
5058                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5059         }
5060 small_mappings:
5061         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5062                 pmap = PV_PMAP(pv);
5063                 PMAP_LOCK(pmap);
5064                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5065                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5066                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5067                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5068 retry:
5069                 oldpte = *pte;
5070                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5071                         /*
5072                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5073                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5074                          * significant 32 bits.
5075                          */
5076                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5077                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5078                                 goto retry;
5079                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5080                                 vm_page_dirty(m);
5081                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5082                 }
5083                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5084         }
5085         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5086         sched_unpin();
5087         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5088 }
5089
5090 /*
5091  *      pmap_ts_referenced:
5092  *
5093  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5094  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5095  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5096  *      reference bits set.
5097  *
5098  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5099  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5100  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5101  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5102  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5103  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5104  *      to pmap_is_modified().
5105  */
5106 static int
5107 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5108 {
5109         struct md_page *pvh;
5110         pv_entry_t pv, pvf;
5111         pmap_t pmap;
5112         pd_entry_t *pde;
5113         pt_entry_t *pte;
5114         vm_paddr_t pa;
5115         int rtval = 0;
5116
5117         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5118             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5119         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5120         pvh = pa_to_pvh(pa);
5121         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5122         sched_pin();
5123         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5124             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5125                 goto small_mappings;
5126         pv = pvf;
5127         do {
5128                 pmap = PV_PMAP(pv);
5129                 PMAP_LOCK(pmap);
5130                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5131                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5132                         /*
5133                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5134                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5135                          * we only update the 4KB page under test.
5136                          */
5137                         vm_page_dirty(m);
5138                 }
5139                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5140                         /*
5141                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5142                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5143                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5144                          * on the physical page number, the virtual superpage
5145                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5146                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5147                          * reference bit will result in clearing that bit.
5148                          * This function is designed to avoid the selection of
5149                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5150                          *
5151                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5152                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5153                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5154                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5155                          * since the superpage is wired, the current state of
5156                          * its reference bit won't affect page replacement.
5157                          */
5158                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5159                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5160                             (*pde & PG_W) == 0) {
5161                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5162                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5163                         }
5164                         rtval++;
5165                 }
5166                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5167                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5168                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5169                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5170                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5171                 }
5172                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5173                         goto out;
5174         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5175 small_mappings:
5176         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5177                 goto out;
5178         pv = pvf;
5179         do {
5180                 pmap = PV_PMAP(pv);
5181                 PMAP_LOCK(pmap);
5182                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5183                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5184                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5185                     m));
5186                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5187                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5188                         vm_page_dirty(m);
5189                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5190                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5191                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5192                         rtval++;
5193                 }
5194                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5195                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5196                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5197                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5198                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5199                 }
5200         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5201             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5202 out:
5203         sched_unpin();
5204         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5205         return (rtval);
5206 }
5207
5208 /*
5209  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5210  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5211  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5212  */
5213 static void
5214 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5215     int advice)
5216 {
5217         pd_entry_t oldpde, *pde;
5218         pt_entry_t *pte;
5219         vm_offset_t va, pdnxt;
5220         vm_page_t m;
5221         bool anychanged, pv_lists_locked;
5222
5223         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5224                 return;
5225         if (pmap_is_current(pmap))
5226                 pv_lists_locked = false;
5227         else {
5228                 pv_lists_locked = true;
5229 resume:
5230                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5231                 sched_pin();
5232         }
5233         anychanged = false;
5234         PMAP_LOCK(pmap);
5235         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5236                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5237                 if (pdnxt < sva)
5238                         pdnxt = eva;
5239                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5240                 oldpde = *pde;
5241                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5242                         continue;
5243                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5244                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5245                                 continue;
5246                         if (!pv_lists_locked) {
5247                                 pv_lists_locked = true;
5248                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5249                                         if (anychanged)
5250                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5251                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5252                                         goto resume;
5253                                 }
5254                                 sched_pin();
5255                         }
5256                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5257                                 /*
5258                                  * The large page mapping was destroyed.
5259                                  */
5260                                 continue;
5261                         }
5262
5263                         /*
5264                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5265                          * mapping to a single page so that a subsequent
5266                          * access may repromote.  Choosing the last page
5267                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5268                          * generally results in more repromotions.  Since the
5269                          * underlying page table page is fully populated, this
5270                          * removal never frees a page table page.
5271                          */
5272                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5273                                 va = eva;
5274                                 if (va > pdnxt)
5275                                         va = pdnxt;
5276                                 va -= PAGE_SIZE;
5277                                 KASSERT(va >= sva,
5278                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5279                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5280                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5281                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5282                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5283                                 anychanged = true;
5284                         }
5285                 }
5286                 if (pdnxt > eva)
5287                         pdnxt = eva;
5288                 va = pdnxt;
5289                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5290                     sva += PAGE_SIZE) {
5291                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5292                                 goto maybe_invlrng;
5293                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5294                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5295                                         /*
5296                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5297                                          * can be avoided by making the page
5298                                          * dirty now.
5299                                          */
5300                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5301                                         vm_page_dirty(m);
5302                                 }
5303                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5304                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5305                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5306                         else
5307                                 goto maybe_invlrng;
5308                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5309                                 if (va == pdnxt)
5310                                         va = sva;
5311                         } else
5312                                 anychanged = true;
5313                         continue;
5314 maybe_invlrng:
5315                         if (va != pdnxt) {
5316                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5317                                 va = pdnxt;
5318                         }
5319                 }
5320                 if (va != pdnxt)
5321                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5322         }
5323         if (anychanged)
5324                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5325         if (pv_lists_locked) {
5326                 sched_unpin();
5327                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5328         }
5329         PMAP_UNLOCK(pmap);
5330 }
5331
5332 /*
5333  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5334  */
5335 static void
5336 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5337 {
5338         struct md_page *pvh;
5339         pv_entry_t next_pv, pv;
5340         pmap_t pmap;
5341         pd_entry_t oldpde, *pde;
5342         pt_entry_t *pte;
5343         vm_offset_t va;
5344
5345         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5346             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5347         vm_page_assert_busied(m);
5348
5349         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5350                 return;
5351         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5352         sched_pin();
5353         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5354                 goto small_mappings;
5355         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5356         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5357                 va = pv->pv_va;
5358                 pmap = PV_PMAP(pv);
5359                 PMAP_LOCK(pmap);
5360                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5361                 oldpde = *pde;
5362                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5363                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5364                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5365                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5366                         /*
5367                          * Write protect the mapping to a single page so that
5368                          * a subsequent write access may repromote.
5369                          */
5370                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5371                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5372                         /*
5373                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5374                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5375                          * significant 32 bits.
5376                          */
5377                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5378                         vm_page_dirty(m);
5379                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5380                 }
5381                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5382         }
5383 small_mappings:
5384         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5385                 pmap = PV_PMAP(pv);
5386                 PMAP_LOCK(pmap);
5387                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5388                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5389                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5390                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5391                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5392                         /*
5393                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5394                          * in size, PG_M is among the least significant
5395                          * 32 bits. 
5396                          */
5397                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5398                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5399                 }
5400                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5401         }
5402         sched_unpin();
5403         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5404 }
5405
5406 /*
5407  * Miscellaneous support routines follow
5408  */
5409
5410 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5411 static __inline void
5412 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5413 {
5414         u_int opte, npte;
5415
5416         /*
5417          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5418          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5419          */
5420         do {
5421                 opte = *(u_int *)pte;
5422                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5423                 npte |= cache_bits;
5424         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5425 }
5426
5427 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5428 static __inline void
5429 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5430 {
5431         u_int opde, npde;
5432
5433         /*
5434          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5435          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5436          */
5437         do {
5438                 opde = *(u_int *)pde;
5439                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5440                 npde |= cache_bits;
5441         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5442 }
5443
5444 /*
5445  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5446  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5447  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5448  * NOT real memory.
5449  */
5450 static void *
5451 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5452     int flags)
5453 {
5454         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5455         vm_offset_t va, offset;
5456         vm_page_t m;
5457         vm_size_t tmpsize;
5458         int i;
5459
5460         offset = pa & PAGE_MASK;
5461         size = round_page(offset + size);
5462         pa = pa & PG_FRAME;
5463
5464         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5465                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5466                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5467                         return ((void *)(va + offset));
5468         } else if (!pmap_initialized) {
5469                 va = 0;
5470                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5471                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5472                         if (ppim->va == 0) {
5473                                 ppim->pa = pa;
5474                                 ppim->sz = size;
5475                                 ppim->mode = mode;
5476                                 ppim->va = virtual_avail;
5477                                 virtual_avail += size;
5478                                 va = ppim->va;
5479                                 break;
5480                         }
5481                 }
5482                 if (va == 0)
5483                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5484         } else {
5485                 /*
5486                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5487                  */
5488                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5489                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5490                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5491                             (ppim->mode == mode ||
5492                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5493                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5494                 }
5495                 va = kva_alloc(size);
5496                 if (va == 0)
5497                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5498         }
5499         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5500                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5501                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5502                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5503                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5504                                     m->md.pat_mode);
5505                                 continue;
5506                         }
5507                 }
5508                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5509         }
5510         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5511         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5512         return ((void *)(va + offset));
5513 }
5514
5515 static void
5516 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5517 {
5518         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5519         vm_offset_t offset;
5520         int i;
5521
5522         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5523                 return;
5524         offset = va & PAGE_MASK;
5525         size = round_page(offset + size);
5526         va = trunc_page(va);
5527         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5528                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5529                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5530                         if (pmap_initialized)
5531                                 return;
5532                         ppim->pa = 0;
5533                         ppim->va = 0;
5534                         ppim->sz = 0;
5535                         ppim->mode = 0;
5536                         if (va + size == virtual_avail)
5537                                 virtual_avail = va;
5538                         return;
5539                 }
5540         }
5541         if (pmap_initialized) {
5542                 pmap_qremove(va, atop(size));
5543                 kva_free(va, size);
5544         }
5545 }
5546
5547 /*
5548  * Sets the memory attribute for the specified page.
5549  */
5550 static void
5551 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5552 {
5553
5554         m->md.pat_mode = ma;
5555         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5556                 return;
5557
5558         /*
5559          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5560          * See pmap_invalidate_cache_range().
5561          *
5562          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5563          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5564          * flushes the cache.
5565          */    
5566         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5567                 return;
5568
5569         /*
5570          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5571          * support self snoop, map the page transient and do
5572          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5573          * pmap_invalidate_cache_range().
5574          */
5575         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5576                 pmap_flush_page(m);
5577 }
5578
5579 static void
5580 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5581 {
5582         pt_entry_t *cmap_pte2;
5583         struct pcpu *pc;
5584         vm_offset_t sva, eva;
5585         bool useclflushopt;
5586
5587         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5588         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5589                 sched_pin();
5590                 pc = get_pcpu();
5591                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5592                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5593                 if (*cmap_pte2)
5594                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5595                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5596                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5597                     0);
5598                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5599                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5600                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5601
5602                 /*
5603                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5604                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5605                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5606                  * any other instruction.
5607                  */
5608                 if (useclflushopt)
5609                         sfence();
5610                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5611                         mfence();
5612                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5613                         if (useclflushopt)
5614                                 clflushopt(sva);
5615                         else
5616                                 clflush(sva);
5617                 }
5618                 if (useclflushopt)
5619                         sfence();
5620                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5621                         mfence();
5622                 *cmap_pte2 = 0;
5623                 sched_unpin();
5624                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5625         } else
5626                 pmap_invalidate_cache();
5627 }
5628
5629 /*
5630  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5631  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5632  * completely contained within either the kernel map.
5633  *
5634  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5635  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5636  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5637  * there was insufficient memory available to complete the change.
5638  */
5639 static int
5640 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5641 {
5642         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5643         pd_entry_t *pde;
5644         pt_entry_t *pte;
5645         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5646         boolean_t changed;
5647
5648         base = trunc_page(va);
5649         offset = va & PAGE_MASK;
5650         size = round_page(offset + size);
5651
5652         /*
5653          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5654          */
5655         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5656                 return (EINVAL);
5657
5658         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5659         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5660         changed = FALSE;
5661
5662         /*
5663          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5664          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5665          */
5666         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5667         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5668                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5669                 if (*pde == 0) {
5670                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5671                         return (EINVAL);
5672                 }
5673                 if (*pde & PG_PS) {
5674                         /*
5675                          * If the current 2/4MB page already has
5676                          * the required memory type, then we need not
5677                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5678                          * the next 2/4MB page frame.
5679                          */
5680                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5681                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5682                                 continue;
5683                         }
5684
5685                         /*
5686                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5687                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5688                          * within the range, then we need not break
5689                          * down this page into 4KB pages.
5690                          */
5691                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5692                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5693                                 tmpva += NBPDR;
5694                                 continue;
5695                         }
5696                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5697                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5698                                 return (ENOMEM);
5699                         }
5700                 }
5701                 pte = vtopte(tmpva);
5702                 if (*pte == 0) {
5703                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5704                         return (EINVAL);
5705                 }
5706                 tmpva += PAGE_SIZE;
5707         }
5708         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5709
5710         /*
5711          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5712          * cache mode if required.
5713          */
5714         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5715                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5716                 if (*pde & PG_PS) {
5717                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5718                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5719                                 changed = TRUE;
5720                         }
5721                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5722                 } else {
5723                         pte = vtopte(tmpva);
5724                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5725                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5726                                 changed = TRUE;
5727                         }
5728                         tmpva += PAGE_SIZE;
5729                 }
5730         }
5731
5732         /*
5733          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5734          * shouldn't be, etc.
5735          */
5736         if (changed) {
5737                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5738                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5739         }
5740         return (0);
5741 }
5742
5743 /*
5744  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5745  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5746  * find other mappings.
5747  */
5748 static int
5749 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5750 {
5751         pd_entry_t pde;
5752         pt_entry_t pte;
5753         vm_paddr_t pa;
5754         int val;
5755
5756         PMAP_LOCK(pmap);
5757         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5758         if (pde != 0) {
5759                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5760                         pte = pde;
5761                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5762                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5763                             PG_FRAME;
5764                         val = MINCORE_SUPER;
5765                 } else {
5766                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5767                         pa = pte & PG_FRAME;
5768                         val = 0;
5769                 }
5770         } else {
5771                 pte = 0;
5772                 pa = 0;
5773                 val = 0;
5774         }
5775         if ((pte & PG_V) != 0) {
5776                 val |= MINCORE_INCORE;
5777                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5778                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5779                 if ((pte & PG_A) != 0)
5780                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5781         }
5782         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5783             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5784             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5785                 *pap = pa;
5786         }
5787         PMAP_UNLOCK(pmap);
5788         return (val);
5789 }
5790
5791 static void
5792 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5793 {
5794         pmap_t  pmap, oldpmap;
5795         u_int   cpuid;
5796         u_int32_t  cr3;
5797
5798         critical_enter();
5799         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5800         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5801         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5802 #if defined(SMP)
5803         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5804         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5805 #else
5806         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5807         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5808 #endif
5809 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5810         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5811 #else
5812         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5813 #endif
5814         /*
5815          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5816          */
5817         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5818         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5819         critical_exit();
5820 }
5821
5822 static void
5823 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5824 {
5825         u_int cpuid;
5826
5827         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5828 #if defined(SMP)
5829         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5830 #else
5831         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5832 #endif
5833         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5834 }
5835
5836 /*
5837  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5838  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5839  */
5840 static void
5841 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5842     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5843 {
5844         vm_offset_t superpage_offset;
5845
5846         if (size < NBPDR)
5847                 return;
5848         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5849                 offset += ptoa(object->pg_color);
5850         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5851         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5852             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5853                 return;
5854         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5855                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5856         else
5857                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5858 }
5859
5860 static vm_offset_t
5861 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5862 {
5863         vm_offset_t qaddr;
5864         pt_entry_t *pte;
5865
5866         critical_enter();
5867         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5868         pte = vtopte(qaddr);
5869
5870         KASSERT(*pte == 0,
5871             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5872         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5873             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5874         invlpg(qaddr);
5875
5876         return (qaddr);
5877 }
5878
5879 static void
5880 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5881 {
5882         vm_offset_t qaddr;
5883         pt_entry_t *pte;
5884
5885         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5886         pte = vtopte(qaddr);
5887
5888         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5889         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5890
5891         *pte = 0;
5892         critical_exit();
5893 }
5894
5895 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5896 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5897 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5898
5899 static int
5900 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5901     vmem_addr_t *addrp)
5902 {
5903         vm_page_t m;
5904         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5905         pt_entry_t *trm_pte;
5906
5907         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5908         size = round_page(size) + trm_guard;
5909         for (;;) {
5910                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5911                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5912                         return (ENOMEM);
5913                 addr = prev_addr + size;
5914                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5915                         break;
5916         }
5917         prev_addr += trm_guard;
5918         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5919         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5920                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5921                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5922                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5923                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5924                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5925         }
5926         *addrp = prev_addr;
5927         return (0);
5928 }
5929
5930 void
5931 pmap_init_trm(void)
5932 {
5933         vm_page_t pd_m;
5934
5935         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5936         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5937                 trm_guard = 0;
5938         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5939         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5940         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5941             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5942         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5943                 pmap_zero_page(pd_m);
5944         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5945             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5946 }
5947
5948 static void *
5949 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5950 {
5951         vmem_addr_t res;
5952         int error;
5953
5954         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5955         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5956             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5957         if (error != 0)
5958                 return (NULL);
5959         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5960                 bzero((void *)res, size);
5961         return ((void *)res);
5962 }
5963
5964 static void
5965 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5966 {
5967
5968         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5969 }
5970
5971 static void
5972 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5973 {
5974
5975         *vtopte(va) |= PG_RW;
5976 }
5977
5978 static void
5979 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5980 {
5981
5982         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5983         invltlb_glob();
5984 }
5985
5986 static vm_offset_t
5987 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5988 {
5989
5990         return (PMAP_MAP_LOW);
5991 }
5992
5993 static vm_offset_t
5994 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5995 {
5996
5997         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5998 }
5999
6000 static vm_paddr_t
6001 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
6002 {
6003
6004         return (pa & PG_FRAME);
6005 }
6006
6007 static void
6008 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
6009 {
6010         pt_entry_t opte, *ptep;
6011
6012         /*
6013          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
6014          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
6015          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
6016          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
6017          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
6018          */
6019         ptep = vtopte(sf->kva);
6020         opte = *ptep;
6021         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
6022             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
6023
6024         /*
6025          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
6026          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
6027          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
6028          * since the last used mapping need not invalidate again.
6029          */
6030 #ifdef SMP
6031         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6032                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
6033 #else
6034         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6035                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
6036 #endif
6037 }
6038
6039 static void
6040 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
6041 {
6042         pt_entry_t *pte;
6043         int i;
6044
6045         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
6046                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
6047                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
6048                     FALSE);
6049                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
6050         }
6051 }
6052
6053 static u_int
6054 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6055 {
6056
6057 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6058         return ((u_int)IdlePDPT);
6059 #else
6060         return ((u_int)IdlePTD);
6061 #endif
6062 }
6063
6064 static u_int
6065 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6066 {
6067
6068 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6069         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6070 #else
6071         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6072 #endif
6073 }
6074
6075 static caddr_t
6076 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6077 {
6078         pt_entry_t *pte;
6079
6080         pte = CMAP3;
6081         *pte = pa | pte_bits;
6082         invltlb();
6083         return (CADDR3);
6084 }
6085
6086 static void
6087 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6088 {
6089         pt_entry_t *pte;
6090         int i;
6091
6092         /*
6093          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6094          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6095          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6096          * page 0, at least as initialized here?
6097          */
6098         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6099         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6100                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6101 }
6102
6103 struct bios16_pmap_handle {
6104         pt_entry_t      *pte;
6105         pd_entry_t      *ptd;
6106         pt_entry_t      orig_ptd;
6107 };
6108
6109 static void *
6110 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6111 {
6112         struct bios16_pmap_handle *h;
6113
6114         /*
6115          * no page table, so create one and install it.
6116          */
6117         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6118         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6119         h->ptd = IdlePTD;
6120         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6121         h->orig_ptd = *h->ptd;
6122         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6123         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6124         return (h);
6125 }
6126
6127 static void
6128 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6129 {
6130         struct bios16_pmap_handle *h;
6131
6132         h = arg;
6133         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6134         /*
6135          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6136          */
6137         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6138         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6139 }
6140
6141 struct pmap_kernel_map_range {
6142         vm_offset_t sva;
6143         pt_entry_t attrs;
6144         int ptes;
6145         int pdes;
6146         int pdpes;
6147 };
6148
6149 static void
6150 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6151     vm_offset_t eva)
6152 {
6153         const char *mode;
6154         int i, pat_idx;
6155
6156         if (eva <= range->sva)
6157                 return;
6158
6159         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
6160         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
6161                 if (pat_index[i] == pat_idx)
6162                         break;
6163
6164         switch (i) {
6165         case PAT_WRITE_BACK:
6166                 mode = "WB";
6167                 break;
6168         case PAT_WRITE_THROUGH:
6169                 mode = "WT";
6170                 break;
6171         case PAT_UNCACHEABLE:
6172                 mode = "UC";
6173                 break;
6174         case PAT_UNCACHED:
6175                 mode = "U-";
6176                 break;
6177         case PAT_WRITE_PROTECTED:
6178                 mode = "WP";
6179                 break;
6180         case PAT_WRITE_COMBINING:
6181                 mode = "WC";
6182                 break;
6183         default:
6184                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%08x-0x%08x\n",
6185                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
6186                 mode = "??";
6187                 break;
6188         }
6189
6190         sbuf_printf(sb, "0x%08x-0x%08x r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
6191             range->sva, eva,
6192             (range->attrs & PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
6193             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
6194             (range->attrs & PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
6195             (range->attrs & PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
6196             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
6197
6198         /* Reset to sentinel value. */
6199         range->sva = 0xffffffff;
6200 }
6201
6202 /*
6203  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6204  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
6205  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
6206  */
6207 static bool
6208 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6209 {
6210         pt_entry_t diff, mask;
6211
6212         mask = pg_nx | PG_G | PG_RW | PG_U | PG_PDE_CACHE;
6213         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
6214         if (diff == 0)
6215                 return (true);
6216         if ((diff & ~PG_PDE_PAT) == 0 &&
6217             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
6218             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
6219                 return (true);
6220         return (false);
6221 }
6222
6223 static void
6224 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6225     pt_entry_t attrs)
6226 {
6227
6228         memset(range, 0, sizeof(*range));
6229         range->sva = va;
6230         range->attrs = attrs;
6231 }
6232
6233 /*
6234  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6235  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6236  * begin a new run.
6237  */
6238 static void
6239 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6240     vm_offset_t va, pd_entry_t pde, pt_entry_t pte)
6241 {
6242         pt_entry_t attrs;
6243
6244         attrs = pde & (PG_RW | PG_U | pg_nx);
6245
6246         if ((pde & PG_PS) != 0) {
6247                 attrs |= pde & (PG_G | PG_PDE_CACHE);
6248         } else if (pte != 0) {
6249                 attrs |= pte & pg_nx;
6250                 attrs &= pg_nx | (pte & (PG_RW | PG_U));
6251                 attrs |= pte & (PG_G | PG_PTE_CACHE);
6252
6253                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
6254                 if ((attrs & PG_PTE_PAT) != 0)
6255                         attrs ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
6256         }
6257
6258         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6259                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6260                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6261         }
6262 }
6263
6264 static int
6265 __CONCAT(PMTYPE, sysctl_kmaps)(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6266 {
6267         struct pmap_kernel_map_range range;
6268         struct sbuf sbuf, *sb;
6269         pd_entry_t pde;
6270         pt_entry_t *pt, pte;
6271         vm_offset_t sva;
6272         vm_paddr_t pa;
6273         int error;
6274         u_int i, k;
6275
6276         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6277         if (error != 0)
6278                 return (error);
6279         sb = &sbuf;
6280         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6281
6282         /* Sentinel value. */
6283         range.sva = 0xffffffff;
6284
6285         /*
6286          * Iterate over the kernel page tables without holding the
6287          * kernel pmap lock.  Kernel page table pages are never freed,
6288          * so at worst we will observe inconsistencies in the output.
6289          */
6290         for (sva = 0, i = 0; i < NPTEPG * NPGPTD * NPDEPG ;) {
6291                 if (i == 0)
6292                         sbuf_printf(sb, "\nLow PDE:\n");
6293                 else if (i == LOWPTDI * NPTEPG)
6294                         sbuf_printf(sb, "Low PDE dup:\n");
6295                 else if (i == PTDPTDI * NPTEPG)
6296                         sbuf_printf(sb, "Recursive map:\n");
6297                 else if (i == KERNPTDI * NPTEPG)
6298                         sbuf_printf(sb, "Kernel base:\n");
6299                 else if (i == TRPTDI * NPTEPG)
6300                         sbuf_printf(sb, "Trampoline:\n");
6301                 pde = IdlePTD[sva >> PDRSHIFT];
6302                 if ((pde & PG_V) == 0) {
6303                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
6304                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6305                         sva += NBPDR;
6306                         i += NPTEPG;
6307                         continue;
6308                 }
6309                 pa = pde & PG_FRAME;
6310                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
6311                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, 0);
6312                         range.pdes++;
6313                         sva += NBPDR;
6314                         i += NPTEPG;
6315                         continue;
6316                 }
6317                 for (pt = vtopte(sva), k = 0; k < NPTEPG; i++, k++, pt++,
6318                     sva += PAGE_SIZE) {
6319                         pte = *pt;
6320                         if ((pte & PG_V) == 0) {
6321                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6322                                 continue;
6323                         }
6324                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, pte);
6325                         range.ptes++;
6326                 }
6327         }
6328
6329         error = sbuf_finish(sb);
6330         sbuf_delete(sb);
6331         return (error);
6332 }
6333
6334 #define PMM(a)                                  \
6335         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6336
6337 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6338         PMM(ksetrw)
6339         PMM(remap_lower)
6340         PMM(remap_lowptdi)
6341         PMM(align_superpage)
6342         PMM(quick_enter_page)
6343         PMM(quick_remove_page)
6344         PMM(trm_alloc)
6345         PMM(trm_free)
6346         PMM(get_map_low)
6347         PMM(get_vm_maxuser_address)
6348         PMM(kextract)
6349         PMM(pg_frame)
6350         PMM(sf_buf_map)
6351         PMM(cp_slow0_map)
6352         PMM(get_kcr3)
6353         PMM(get_cr3)
6354         PMM(cmap3)
6355         PMM(basemem_setup)
6356         PMM(set_nx)
6357         PMM(bios16_enter)
6358         PMM(bios16_leave)
6359         PMM(bootstrap)
6360         PMM(is_valid_memattr)
6361         PMM(cache_bits)
6362         PMM(ps_enabled)
6363         PMM(pinit0)
6364         PMM(pinit)
6365         PMM(activate)
6366         PMM(activate_boot)
6367         PMM(advise)
6368         PMM(clear_modify)
6369         PMM(change_attr)
6370         PMM(mincore)
6371         PMM(copy)
6372         PMM(copy_page)
6373         PMM(copy_pages)
6374         PMM(zero_page)
6375         PMM(zero_page_area)
6376         PMM(enter)
6377         PMM(enter_object)
6378         PMM(enter_quick)
6379         PMM(kenter_temporary)
6380         PMM(object_init_pt)
6381         PMM(unwire)
6382         PMM(page_exists_quick)
6383         PMM(page_wired_mappings)
6384         PMM(page_is_mapped)
6385         PMM(remove_pages)
6386         PMM(is_modified)
6387         PMM(is_prefaultable)
6388         PMM(is_referenced)
6389         PMM(remove_write)
6390         PMM(ts_referenced)
6391         PMM(mapdev_attr)
6392         PMM(unmapdev)
6393         PMM(page_set_memattr)
6394         PMM(extract)
6395         PMM(extract_and_hold)
6396         PMM(map)
6397         PMM(qenter)
6398         PMM(qremove)
6399         PMM(release)
6400         PMM(remove)
6401         PMM(protect)
6402         PMM(remove_all)
6403         PMM(init)
6404         PMM(init_pat)
6405         PMM(growkernel)
6406         PMM(invalidate_page)
6407         PMM(invalidate_range)
6408         PMM(invalidate_all)
6409         PMM(invalidate_cache)
6410         PMM(flush_page)
6411         PMM(kenter)
6412         PMM(kremove)
6413         PMM(sysctl_kmaps)
6414 };