]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
MFV r356365:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sbuf.h>
125 #include <sys/sf_buf.h>
126 #include <sys/sx.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/smp.h>
131 #include <sys/vmem.h>
132
133 #include <vm/vm.h>
134 #include <vm/vm_param.h>
135 #include <vm/vm_kern.h>
136 #include <vm/vm_page.h>
137 #include <vm/vm_map.h>
138 #include <vm/vm_object.h>
139 #include <vm/vm_extern.h>
140 #include <vm/vm_pageout.h>
141 #include <vm/vm_pager.h>
142 #include <vm/vm_phys.h>
143 #include <vm/vm_radix.h>
144 #include <vm/vm_reserv.h>
145 #include <vm/uma.h>
146
147 #ifdef DEV_APIC
148 #include <sys/bus.h>
149 #include <machine/intr_machdep.h>
150 #include <x86/apicvar.h>
151 #endif
152 #include <x86/ifunc.h>
153 #include <machine/bootinfo.h>
154 #include <machine/cpu.h>
155 #include <machine/cputypes.h>
156 #include <machine/md_var.h>
157 #include <machine/pcb.h>
158 #include <machine/specialreg.h>
159 #ifdef SMP
160 #include <machine/smp.h>
161 #endif
162 #include <machine/pmap_base.h>
163
164 #if !defined(DIAGNOSTIC)
165 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
166 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
167 #else
168 #define PMAP_INLINE     extern inline
169 #endif
170 #else
171 #define PMAP_INLINE
172 #endif
173
174 #ifdef PV_STATS
175 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
176 #else
177 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
178 #endif
179
180 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
181 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
182
183 /*
184  * PTmap is recursive pagemap at top of virtual address space.
185  * Within PTmap, the page directory can be found (third indirection).
186  */
187 #define PTmap   ((pt_entry_t *)(PTDPTDI << PDRSHIFT))
188 #define PTD     ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE)))
189 #define PTDpde  ((pd_entry_t *)((PTDPTDI << PDRSHIFT) + (PTDPTDI * PAGE_SIZE) + \
190     (PTDPTDI * PDESIZE)))
191
192 /*
193  * Translate a virtual address to the kernel virtual address of its page table
194  * entry (PTE).  This can be used recursively.  If the address of a PTE as
195  * previously returned by this macro is itself given as the argument, then the
196  * address of the page directory entry (PDE) that maps the PTE will be
197  * returned.
198  *
199  * This macro may be used before pmap_bootstrap() is called.
200  */
201 #define vtopte(va)      (PTmap + i386_btop(va))
202
203 /*
204  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
205  */
206 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
207 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
208
209 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
210 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
211 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
212 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
213 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
214
215 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
216     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
217 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
218
219 _Static_assert(sizeof(struct pmap) <= sizeof(struct pmap_KBI),
220     "pmap_KBI");
221
222 static int pgeflag = 0;         /* PG_G or-in */
223 static int pseflag = 0;         /* PG_PS or-in */
224
225 static int nkpt = NKPT;
226
227 #ifdef PMAP_PAE_COMP
228 pt_entry_t pg_nx;
229 static uma_zone_t pdptzone;
230 #else
231 #define pg_nx   0
232 #endif
233
234 _Static_assert(VM_MAXUSER_ADDRESS == VADDR(TRPTDI, 0), "VM_MAXUSER_ADDRESS");
235 _Static_assert(VM_MAX_KERNEL_ADDRESS <= VADDR(PTDPTDI, 0),
236     "VM_MAX_KERNEL_ADDRESS");
237 _Static_assert(PMAP_MAP_LOW == VADDR(LOWPTDI, 0), "PMAP_MAP_LOW");
238 _Static_assert(KERNLOAD == (KERNPTDI << PDRSHIFT), "KERNLOAD");
239
240 extern int pat_works;
241 extern int pg_ps_enabled;
242
243 extern int elf32_nxstack;
244
245 #define PAT_INDEX_SIZE  8
246 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
247
248 /*
249  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
250  */
251 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
252 static struct pmap_preinit_mapping {
253         vm_paddr_t      pa;
254         vm_offset_t     va;
255         vm_size_t       sz;
256         int             mode;
257 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
258 static int pmap_initialized;
259
260 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
261
262 /*
263  * Data for the pv entry allocation mechanism
264  */
265 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
266 extern int pv_entry_max, pv_entry_count;
267 static int pv_entry_high_water = 0;
268 static struct md_page *pv_table;
269 extern int shpgperproc;
270
271 static struct pv_chunk *pv_chunkbase;   /* KVA block for pv_chunks */
272 static int pv_maxchunks;                /* How many chunks we have KVA for */
273 static vm_offset_t pv_vafree;           /* freelist stored in the PTE */
274
275 /*
276  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
277  */
278 static pt_entry_t *CMAP3;
279 static pd_entry_t *KPTD;
280 static caddr_t CADDR3;
281
282 /*
283  * Crashdump maps.
284  */
285 static caddr_t crashdumpmap;
286
287 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2, *PMAP3;
288 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2, *PADDR3;
289 #ifdef SMP
290 static int PMAP1cpu, PMAP3cpu;
291 extern int PMAP1changedcpu;
292 #endif
293 extern int PMAP1changed;
294 extern int PMAP1unchanged;
295 static struct mtx PMAP2mutex;
296
297 /*
298  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
299  */
300 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
301 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
302
303 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
304 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
305 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
306 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
307 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
308                     u_int flags);
309 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
310 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
311 #endif
312 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
313 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
314                     vm_offset_t va);
315 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
316
317 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
318 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
319 static bool     pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
320                     vm_prot_t prot);
321 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
322                     u_int flags, vm_page_t m);
323 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
324     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
325 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
326 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
327                     pd_entry_t pde);
328 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
329 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
330 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
331 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
332 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
333 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
334 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
335 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
336 #endif
337 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
338     vm_prot_t prot);
339 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
340 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
341     struct spglist *free);
342 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
343     struct spglist *free);
344 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
345 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
346     struct spglist *free);
347 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
348                     struct spglist *free);
349 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
350                                         vm_offset_t va);
351 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
352 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
353     vm_page_t m);
354 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
355     pd_entry_t newpde);
356 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
357
358 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
359
360 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
361 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
362 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
363 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
364 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
365 #ifdef PMAP_PAE_COMP
366 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
367     uint8_t *flags, int wait);
368 #endif
369 static void pmap_init_trm(void);
370 static void pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap);
371
372 static __inline void pagezero(void *page);
373
374 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
375 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
376
377 extern char _end[];
378 extern u_long physfree; /* phys addr of next free page */
379 extern u_long vm86phystk;/* PA of vm86/bios stack */
380 extern u_long vm86paddr;/* address of vm86 region */
381 extern int vm86pa;      /* phys addr of vm86 region */
382 extern u_long KERNend;  /* phys addr end of kernel (just after bss) */
383 #ifdef PMAP_PAE_COMP
384 pd_entry_t *IdlePTD_pae;        /* phys addr of kernel PTD */
385 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
386 pt_entry_t *KPTmap_pae; /* address of kernel page tables */
387 #define IdlePTD IdlePTD_pae
388 #define KPTmap  KPTmap_pae
389 #else
390 pd_entry_t *IdlePTD_nopae;
391 pt_entry_t *KPTmap_nopae;
392 #define IdlePTD IdlePTD_nopae
393 #define KPTmap  KPTmap_nopae
394 #endif
395 extern u_long KPTphys;  /* phys addr of kernel page tables */
396 extern u_long tramp_idleptd;
397
398 static u_long
399 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
400 {
401         u_long res;
402
403         res = *physfree;
404         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
405         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
406         return (res);
407 }
408
409 static void
410 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
411 {
412         pt_entry_t *pt;
413
414         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
415             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
416                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
417 }
418
419 static void
420 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
421 {
422
423         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
424 }
425
426 _Static_assert(LOWPTDI * 2 * NBPDR == KERNBASE,
427     "Broken double-map of zero PTD");
428
429 static void
430 __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(bool enable)
431 {
432         int i;
433
434         for (i = 0; i < LOWPTDI; i++)
435                 IdlePTD[i] = enable ? IdlePTD[LOWPTDI + i] : 0;
436         load_cr3(rcr3());               /* invalidate TLB */
437 }
438
439 /*
440  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
441  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
442  * does not require relocations.
443  */
444 void
445 __CONCAT(PMTYPE, cold)(void)
446 {
447         pt_entry_t *pt;
448         u_long a;
449         u_int cr3, ncr4;
450
451         physfree = (u_long)&_end;
452         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
453                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
454         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
455                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
456         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
457         KERNend = physfree;
458
459         /* Allocate Kernel Page Tables */
460         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
461         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
462
463         /* Allocate Page Table Directory */
464 #ifdef PMAP_PAE_COMP
465         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
466         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
467 #endif
468         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
469
470         /*
471          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
472          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
473          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
474          * physical memory due to 1:1 mappings.
475          */
476         allocpages(1, &physfree);
477         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
478
479         /* vm86/bios stack */
480         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
481
482         /* pgtable + ext + IOPAGES */
483         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
484
485         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
486         for (a = 0; a < NKPT; a++)
487                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
488
489 #ifdef PMAP_PAE_COMP
490         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
491         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
492                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
493 #endif
494
495         /*
496          * Install recursive mapping for kernel page tables into
497          * itself.
498          */
499         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
500                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
501                     PG_RW;
502
503         /*
504          * Initialize page table pages mapping physical address zero
505          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
506          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
507          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
508          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
509          * kernel PDEs before we turn on paging.
510          *
511          * This and all other page table entries allow read and write
512          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
513          * access restrictions.
514          */
515         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
516         pmap_cold_map(0, NBPDR * LOWPTDI, atop(NBPDR) * LOWPTDI);
517         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
518
519         /* Map page table directory */
520 #ifdef PMAP_PAE_COMP
521         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
522 #endif
523         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
524
525         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
526         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
527
528         /* Map proc0kstack */
529         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
530         /* ISA hole already mapped */
531
532         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
533         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
534
535         /* Map page 0 into the vm86 page table */
536         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
537
538         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
539         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
540             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
541                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
542                     PG_M | PG_V;
543
544         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
545         ncr4 = 0;
546         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
547                 ncr4 |= CR4_PSE;
548                 pseflag = PG_PS;
549                 /*
550                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
551                  * page table pages are wasted.
552                  */
553                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
554                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
555                             PG_RW | PG_V;
556         }
557         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
558                 ncr4 |= CR4_PGE;
559                 pgeflag = PG_G;
560         }
561         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
562 #ifdef PMAP_PAE_COMP
563         ncr4 |= CR4_PAE;
564 #endif
565         if (ncr4 != 0)
566                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
567
568         /* Now enable paging */
569 #ifdef PMAP_PAE_COMP
570         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
571         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
572                 wbinvd();
573 #else
574         cr3 = (u_int)IdlePTD;
575 #endif
576         tramp_idleptd = cr3;
577         load_cr3(cr3);
578         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
579
580         /*
581          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
582          * linked to run.
583          */
584
585         /*
586          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
587          * to get some null pointer checks.
588          */
589         __CONCAT(PMTYPE, remap_lower)(false);
590
591         kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
592 #ifdef PMAP_PAE_COMP
593         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_PAE;
594         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_PAE;
595         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_PAE;
596 #else
597         i386_pmap_VM_NFREEORDER = VM_NFREEORDER_NOPAE;
598         i386_pmap_VM_LEVEL_0_ORDER = VM_LEVEL_0_ORDER_NOPAE;
599         i386_pmap_PDRSHIFT = PDRSHIFT_NOPAE;
600 #endif
601 }
602
603 static void
604 __CONCAT(PMTYPE, set_nx)(void)
605 {
606
607 #ifdef PMAP_PAE_COMP
608         if ((amd_feature & AMDID_NX) == 0)
609                 return;
610         pg_nx = PG_NX;
611         elf32_nxstack = 1;
612         /* EFER.EFER_NXE is set in initializecpu(). */
613 #endif
614 }
615
616 /*
617  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
618  *
619  *      On the i386 this is called after pmap_cold() created initial
620  *      kernel page table and enabled paging, and just syncs the pmap
621  *      module with what has already been done.
622  */
623 static void
624 __CONCAT(PMTYPE, bootstrap)(vm_paddr_t firstaddr)
625 {
626         vm_offset_t va;
627         pt_entry_t *pte, *unused;
628         struct pcpu *pc;
629         u_long res;
630         int i;
631
632         res = atop(firstaddr - (vm_paddr_t)KERNLOAD);
633
634         /*
635          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
636          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
637          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
638          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
639          * addresses to superpage mappings.
640          */
641         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
642
643         /*
644          * Initialize the first available kernel virtual address.
645          * However, using "firstaddr" may waste a few pages of the
646          * kernel virtual address space, because pmap_cold() may not
647          * have mapped every physical page that it allocated.
648          * Preferably, pmap_cold() would provide a first unused
649          * virtual address in addition to "firstaddr".
650          */
651         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
652         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
653
654         /*
655          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
656          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
657          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
658          */
659         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
660         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
661 #ifdef PMAP_PAE_COMP
662         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
663 #endif
664         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
665         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
666         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
667
668         /*
669          * Initialize the global pv list lock.
670          */
671         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
672
673         /*
674          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
675          * mapping of pages.
676          */
677 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
678         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
679
680         va = virtual_avail;
681         pte = vtopte(va);
682
683
684         /*
685          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
686          * during early boot.
687          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
688          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
689          */
690         pc = get_pcpu();
691         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
692         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
693         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
694         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
695
696         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
697
698         /*
699          * Crashdump maps.
700          */
701         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
702
703         /*
704          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
705          */
706         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
707
708         /*
709          * msgbufp is used to map the system message buffer.
710          */
711         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
712
713         /*
714          * KPTmap is used by pmap_kextract().
715          *
716          * KPTmap is first initialized by pmap_cold().  However, that initial
717          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
718          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
719          */
720         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
721
722         for (i = 0; i < NKPT; i++)
723                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
724
725         /*
726          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
727          * respectively.
728          */
729         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
730         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
731         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP3, PADDR3, 1)
732
733         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
734
735         virtual_avail = va;
736
737         /*
738          * Initialize the PAT MSR if present.
739          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
740          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
741          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
742          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
743          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
744          */
745         pmap_init_pat();
746 }
747
748 static void
749 pmap_init_reserved_pages(void)
750 {
751         struct pcpu *pc;
752         vm_offset_t pages;
753         int i;
754
755 #ifdef PMAP_PAE_COMP
756         if (!pae_mode)
757                 return;
758 #else
759         if (pae_mode)
760                 return;
761 #endif
762         CPU_FOREACH(i) {
763                 pc = pcpu_find(i);
764                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
765                     MTX_NEW);
766                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
767                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
768                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
769                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
770                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
771                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
772                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
773                 pc->pc_pmap_eh_va = kva_alloc(ptoa(1));
774                 if (pc->pc_pmap_eh_va == 0)
775                         panic("unable to allocate pmap_extract_and_hold KVA");
776                 pc->pc_pmap_eh_ptep = (char *)vtopte(pc->pc_pmap_eh_va);
777
778                 /*
779                  * Skip if the mappings have already been initialized,
780                  * i.e. this is the BSP.
781                  */
782                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
783                         continue;
784
785                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
786                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
787                 if (pages == 0)
788                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
789                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
790                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
791                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
792                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
793                 pc->pc_qmap_addr = pages + ptoa(2);
794         }
795 }
796  
797 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
798
799 /*
800  * Setup the PAT MSR.
801  */
802 static void
803 __CONCAT(PMTYPE, init_pat)(void)
804 {
805         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
806         uint64_t pat_msr;
807         u_long cr0, cr4;
808         int i;
809
810         /* Set default PAT index table. */
811         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
812                 pat_table[i] = -1;
813         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
814         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
815         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
816         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
817         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
818         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
819
820         /*
821          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
822          * We assume that PAT support implies PGE.
823          */
824         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
825                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
826                         pat_index[i] = pat_table[i];
827                 pat_works = 0;
828                 return;
829         }
830
831         /*
832          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
833          * PAT entries.
834          *
835          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
836          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
837          * or Mode C Paging)
838          *
839          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
840          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
841          */
842         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
843             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
844                 pat_works = 0;
845
846         /* Initialize default PAT entries. */
847         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
848             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
849             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
850             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
851             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
852             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
853             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
854             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
855
856         if (pat_works) {
857                 /*
858                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
859                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
860                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
861                  */
862                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
863                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
864                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
865                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
866                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
867                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
868         } else {
869                 /*
870                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
871                  */
872                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
873                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
874                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
875         }
876
877         /* Disable PGE. */
878         cr4 = rcr4();
879         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
880
881         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
882         cr0 = rcr0();
883         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
884
885         /* Flushes caches and TLBs. */
886         wbinvd();
887         invltlb();
888
889         /* Update PAT and index table. */
890         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
891         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
892                 pat_index[i] = pat_table[i];
893
894         /* Flush caches and TLBs again. */
895         wbinvd();
896         invltlb();
897
898         /* Restore caches and PGE. */
899         load_cr0(cr0);
900         load_cr4(cr4);
901 }
902
903 #ifdef PMAP_PAE_COMP
904 static void *
905 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
906     int wait)
907 {
908
909         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
910         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
911         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
912             bytes, wait, 0x0ULL, 0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
913 }
914 #endif
915
916 /*
917  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
918  * Requirements:
919  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
920  *    are ever set, PG_V in particular.
921  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
922  *    on PAE systems.  This should be ok.
923  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
924  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
925  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
926  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
927  */
928 static vm_offset_t
929 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
930 {
931         pt_entry_t *pte;
932         vm_offset_t va;
933
934         va = *head;
935         if (va == 0)
936                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
937         pte = vtopte(va);
938         *head = *pte;
939         if (*head & PG_V)
940                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
941         *pte = 0;
942         return (va);
943 }
944
945 static void
946 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
947 {
948         pt_entry_t *pte;
949
950         if (va & PG_V)
951                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
952         pte = vtopte(va);
953         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
954         *head = va;
955 }
956
957 static void
958 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
959 {
960         int i;
961         vm_offset_t va;
962
963         *head = 0;
964         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
965                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
966                 pmap_ptelist_free(head, va);
967         }
968 }
969
970
971 /*
972  *      Initialize the pmap module.
973  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
974  *      system needs to map virtual memory.
975  */
976 static void
977 __CONCAT(PMTYPE, init)(void)
978 {
979         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
980         vm_page_t mpte;
981         vm_size_t s;
982         int i, pv_npg;
983
984         /*
985          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
986          * page table pages.
987          */ 
988         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
989         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
990                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
991                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
992                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
993                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
994                 mpte->pindex = i + KPTDI;
995                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
996                 mpte->ref_count = 1;
997
998                 /*
999                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2/4MB
1000                  * page.  They are filled with equivalent 4KB page mappings.
1001                  */
1002                 if (pseflag != 0 &&
1003                     KERNBASE <= i << PDRSHIFT && i << PDRSHIFT < KERNend &&
1004                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, true))
1005                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1006         }
1007         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1008         vm_wire_add(NKPT);
1009
1010         /*
1011          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
1012          * high water mark so that the system can recover from excessive
1013          * numbers of pv entries.
1014          */
1015         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
1016         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
1017         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
1018         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
1019         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
1020
1021         /*
1022          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1023          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1024          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1025          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1026          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1027          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1028          * or newer AMD processors.
1029          */
1030         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1031             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1032             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1033             AMDID2_FMA4)) == 0)
1034                 workaround_erratum383 = 1;
1035
1036         /*
1037          * Are large page mappings supported and enabled?
1038          */
1039         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1040         if (pseflag == 0)
1041                 pg_ps_enabled = 0;
1042         else if (pg_ps_enabled) {
1043                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1044                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1045                 pagesizes[1] = NBPDR;
1046         }
1047
1048         /*
1049          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1050          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
1051          */
1052         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
1053             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
1054
1055         /*
1056          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1057          */
1058         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1059         s = round_page(s);
1060         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1061         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1062                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1063
1064         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
1065         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
1066         if (pv_chunkbase == NULL)
1067                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
1068         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
1069 #ifdef PMAP_PAE_COMP
1070         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
1071             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
1072             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
1073         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
1074 #endif
1075
1076         pmap_initialized = 1;
1077         pmap_init_trm();
1078
1079         if (!bootverbose)
1080                 return;
1081         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1082                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1083                 if (ppim->va == 0)
1084                         continue;
1085                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1086                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1087         }
1088
1089 }
1090
1091 extern u_long pmap_pde_demotions;
1092 extern u_long pmap_pde_mappings;
1093 extern u_long pmap_pde_p_failures;
1094 extern u_long pmap_pde_promotions;
1095
1096 /***************************************************
1097  * Low level helper routines.....
1098  ***************************************************/
1099
1100 static boolean_t
1101 __CONCAT(PMTYPE, is_valid_memattr)(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
1102 {
1103
1104         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
1105             pat_index[(int)mode] >= 0);
1106 }
1107
1108 /*
1109  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1110  * caching mode.
1111  */
1112 static int
1113 __CONCAT(PMTYPE, cache_bits)(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1114 {
1115         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1116
1117         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
1118                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1119
1120         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1121         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1122
1123         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1124         pat_idx = pat_index[mode];
1125
1126         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1127         cache_bits = 0;
1128         if (pat_idx & 0x4)
1129                 cache_bits |= pat_flag;
1130         if (pat_idx & 0x2)
1131                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1132         if (pat_idx & 0x1)
1133                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1134         return (cache_bits);
1135 }
1136
1137 static int
1138 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
1139 {
1140         int pat_flag, pat_idx;
1141
1142         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1143                 return (0);
1144
1145         pat_idx = 0;
1146         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1147         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1148
1149         if ((pte & pat_flag) != 0)
1150                 pat_idx |= 0x4;
1151         if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
1152                 pat_idx |= 0x2;
1153         if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
1154                 pat_idx |= 0x1;
1155
1156         /* See pmap_init_pat(). */
1157         if (pat_works) {
1158                 if (pat_idx == 4)
1159                         pat_idx = 0;
1160                 if (pat_idx == 7)
1161                         pat_idx = 3;
1162         } else {
1163                 /* XXXKIB */
1164         }
1165
1166         return (pat_idx);
1167 }
1168
1169 static bool
1170 __CONCAT(PMTYPE, ps_enabled)(pmap_t pmap __unused)
1171 {
1172
1173         return (pg_ps_enabled);
1174 }
1175
1176 /*
1177  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1178  */
1179 static void
1180 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1181 {
1182         pd_entry_t *pde;
1183
1184         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1185         pde_store(pde, newpde);
1186 }
1187
1188 /*
1189  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1190  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1191  * calling processor's TLB is affected.
1192  *
1193  * The calling thread must be pinned to a processor.
1194  */
1195 static void
1196 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1197 {
1198
1199         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1200                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1201                 invlpg(va);
1202         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1203                 /*
1204                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1205                  * because there are too many to flush individually.
1206                  */
1207                 invltlb();
1208 }
1209
1210 #ifdef SMP
1211 /*
1212  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1213  *
1214  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1215  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1216  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1217  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1218  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1219  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1220  * one of the following functions but before a store updating the page
1221  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1222  * processor before its pm_active field is checked but due to
1223  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1224  * pmap as inactive on the other processor.
1225  * 
1226  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1227  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1228  * processor.
1229  */
1230 static void
1231 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1232 {
1233         cpuset_t *mask, other_cpus;
1234         u_int cpuid;
1235
1236         sched_pin();
1237         if (pmap == kernel_pmap) {
1238                 invlpg(va);
1239                 mask = &all_cpus;
1240         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1241                 mask = &all_cpus;
1242         } else {
1243                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1244                 other_cpus = all_cpus;
1245                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1246                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1247                 mask = &other_cpus;
1248         }
1249         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1250         sched_unpin();
1251 }
1252
1253 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1254 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1255
1256 static void
1257 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1258 {
1259         cpuset_t *mask, other_cpus;
1260         vm_offset_t addr;
1261         u_int cpuid;
1262
1263         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1264                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
1265                 return;
1266         }
1267
1268         sched_pin();
1269         if (pmap == kernel_pmap) {
1270                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1271                         invlpg(addr);
1272                 mask = &all_cpus;
1273         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1274                 mask = &all_cpus;
1275         } else {
1276                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1277                 other_cpus = all_cpus;
1278                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1279                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1280                 mask = &other_cpus;
1281         }
1282         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1283         sched_unpin();
1284 }
1285
1286 static void
1287 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1288 {
1289         cpuset_t *mask, other_cpus;
1290         u_int cpuid;
1291
1292         sched_pin();
1293         if (pmap == kernel_pmap) {
1294                 invltlb();
1295                 mask = &all_cpus;
1296         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1297                 mask = &all_cpus;
1298         } else {
1299                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1300                 other_cpus = all_cpus;
1301                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1302                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1303                 mask = &other_cpus;
1304         }
1305         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1306         sched_unpin();
1307 }
1308
1309 static void
1310 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1311 {
1312
1313         sched_pin();
1314         wbinvd();
1315         smp_cache_flush();
1316         sched_unpin();
1317 }
1318
1319 struct pde_action {
1320         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1321         vm_offset_t va;
1322         pd_entry_t *pde;
1323         pd_entry_t newpde;
1324         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1325 };
1326
1327 static void
1328 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1329 {
1330         struct pde_action *act = arg;
1331         pd_entry_t *pde;
1332
1333         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1334                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1335                 pde_store(pde, act->newpde);
1336         }
1337 }
1338
1339 static void
1340 pmap_update_pde_user(void *arg)
1341 {
1342         struct pde_action *act = arg;
1343
1344         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1345                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1346 }
1347
1348 static void
1349 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1350 {
1351         struct pde_action *act = arg;
1352
1353         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1354                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1355 }
1356
1357 /*
1358  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1359  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1360  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1361  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1362  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1363  * hardware error.
1364  */
1365 static void
1366 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1367 {
1368         struct pde_action act;
1369         cpuset_t active, other_cpus;
1370         u_int cpuid;
1371
1372         sched_pin();
1373         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1374         other_cpus = all_cpus;
1375         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1376         if (pmap == kernel_pmap)
1377                 active = all_cpus;
1378         else
1379                 active = pmap->pm_active;
1380         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1381                 act.store = cpuid;
1382                 act.invalidate = active;
1383                 act.va = va;
1384                 act.pde = pde;
1385                 act.newpde = newpde;
1386                 CPU_SET(cpuid, &active);
1387                 smp_rendezvous_cpus(active,
1388                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1389                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1390                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1391         } else {
1392                 if (pmap == kernel_pmap)
1393                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1394                 else
1395                         pde_store(pde, newpde);
1396                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1397                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1398         }
1399         sched_unpin();
1400 }
1401 #else /* !SMP */
1402 /*
1403  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1404  * We inline these within pmap.c for speed.
1405  */
1406 static void
1407 pmap_invalidate_page_int(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1408 {
1409
1410         if (pmap == kernel_pmap)
1411                 invlpg(va);
1412 }
1413
1414 static void
1415 pmap_invalidate_range_int(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1416 {
1417         vm_offset_t addr;
1418
1419         if (pmap == kernel_pmap)
1420                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1421                         invlpg(addr);
1422 }
1423
1424 static void
1425 pmap_invalidate_all_int(pmap_t pmap)
1426 {
1427
1428         if (pmap == kernel_pmap)
1429                 invltlb();
1430 }
1431
1432 static void
1433 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_cache)(void)
1434 {
1435
1436         wbinvd();
1437 }
1438
1439 static void
1440 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1441 {
1442
1443         if (pmap == kernel_pmap)
1444                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1445         else
1446                 pde_store(pde, newpde);
1447         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1448                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1449 }
1450 #endif /* !SMP */
1451
1452 static void
1453 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_page)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1454 {
1455
1456         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1457 }
1458
1459 static void
1460 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_range)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
1461     vm_offset_t eva)
1462 {
1463
1464         pmap_invalidate_range_int(pmap, sva, eva);
1465 }
1466
1467 static void
1468 __CONCAT(PMTYPE, invalidate_all)(pmap_t pmap)
1469 {
1470
1471         pmap_invalidate_all_int(pmap);
1472 }
1473
1474 static void
1475 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1476 {
1477
1478         /*
1479          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1480          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1481          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1482          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1483          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1484          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1485          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1486          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1487          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1488          */
1489         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1490                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1491         else
1492                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
1493 }
1494
1495 /*
1496  * Are we current address space or kernel?
1497  */
1498 static __inline int
1499 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1500 {
1501
1502         return (pmap == kernel_pmap);
1503 }
1504
1505 /*
1506  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1507  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1508  */
1509 static pt_entry_t *
1510 __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1511 {
1512         pd_entry_t newpf;
1513         pd_entry_t *pde;
1514
1515         pde = pmap_pde(pmap, va);
1516         if (*pde & PG_PS)
1517                 return (pde);
1518         if (*pde != 0) {
1519                 /* are we current address space or kernel? */
1520                 if (pmap_is_current(pmap))
1521                         return (vtopte(va));
1522                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1523                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1524                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1525                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1526                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
1527                             (vm_offset_t)PADDR2);
1528                 }
1529                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1530         }
1531         return (NULL);
1532 }
1533
1534 /*
1535  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1536  * being NULL.
1537  */
1538 static __inline void
1539 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1540 {
1541
1542         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1543                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1544 }
1545
1546 /*
1547  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1548  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1549  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1550  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1551  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1552  */
1553 static __inline void
1554 invlcaddr(void *caddr)
1555 {
1556
1557         invlpg((u_int)caddr);
1558 }
1559
1560 /*
1561  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1562  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1563  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1564  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1565  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1566  *
1567  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1568  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1569  */
1570 static pt_entry_t *
1571 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1572 {
1573         pd_entry_t newpf;
1574         pd_entry_t *pde;
1575
1576         pde = pmap_pde(pmap, va);
1577         if (*pde & PG_PS)
1578                 return (pde);
1579         if (*pde != 0) {
1580                 /* are we current address space or kernel? */
1581                 if (pmap_is_current(pmap))
1582                         return (vtopte(va));
1583                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1584                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1585                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1586                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1587                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1588 #ifdef SMP
1589                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1590 #endif
1591                         invlcaddr(PADDR1);
1592                         PMAP1changed++;
1593                 } else
1594 #ifdef SMP
1595                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1596                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1597                         invlcaddr(PADDR1);
1598                         PMAP1changedcpu++;
1599                 } else
1600 #endif
1601                         PMAP1unchanged++;
1602                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1603         }
1604         return (0);
1605 }
1606
1607 static pt_entry_t *
1608 pmap_pte_quick3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1609 {
1610         pd_entry_t newpf;
1611         pd_entry_t *pde;
1612
1613         pde = pmap_pde(pmap, va);
1614         if (*pde & PG_PS)
1615                 return (pde);
1616         if (*pde != 0) {
1617                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1618                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1619                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1620                 if ((*PMAP3 & PG_FRAME) != newpf) {
1621                         *PMAP3 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1622 #ifdef SMP
1623                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1624 #endif
1625                         invlcaddr(PADDR3);
1626                         PMAP1changed++;
1627                 } else
1628 #ifdef SMP
1629                 if (PMAP3cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1630                         PMAP3cpu = PCPU_GET(cpuid);
1631                         invlcaddr(PADDR3);
1632                         PMAP1changedcpu++;
1633                 } else
1634 #endif
1635                         PMAP1unchanged++;
1636                 return (PADDR3 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1637         }
1638         return (0);
1639 }
1640
1641 static pt_entry_t
1642 pmap_pte_ufast(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1643 {
1644         pt_entry_t *eh_ptep, pte, *ptep;
1645
1646         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1647         pde &= PG_FRAME;
1648         critical_enter();
1649         eh_ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_ptep);
1650         if ((*eh_ptep & PG_FRAME) != pde) {
1651                 *eh_ptep = pde | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1652                 invlcaddr((void *)PCPU_GET(pmap_eh_va));
1653         }
1654         ptep = (pt_entry_t *)PCPU_GET(pmap_eh_va) + (i386_btop(va) &
1655             (NPTEPG - 1));
1656         pte = *ptep;
1657         critical_exit();
1658         return (pte);
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Extract from the kernel page table the physical address that is mapped by
1663  * the given virtual address "va".
1664  *
1665  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1666  */
1667 static vm_paddr_t
1668 __CONCAT(PMTYPE, kextract)(vm_offset_t va)
1669 {
1670         vm_paddr_t pa;
1671
1672         if ((pa = pte_load(&PTD[va >> PDRSHIFT])) & PG_PS) {
1673                 pa = (pa & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1674         } else {
1675                 /*
1676                  * Beware of a concurrent promotion that changes the PDE at
1677                  * this point!  For example, vtopte() must not be used to
1678                  * access the PTE because it would use the new PDE.  It is,
1679                  * however, safe to use the old PDE because the page table
1680                  * page is preserved by the promotion.
1681                  */
1682                 pa = KPTmap[i386_btop(va)];
1683                 pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1684         }
1685         return (pa);
1686 }
1687
1688 /*
1689  *      Routine:        pmap_extract
1690  *      Function:
1691  *              Extract the physical page address associated
1692  *              with the given map/virtual_address pair.
1693  */
1694 static vm_paddr_t
1695 __CONCAT(PMTYPE, extract)(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1696 {
1697         vm_paddr_t rtval;
1698         pt_entry_t pte;
1699         pd_entry_t pde;
1700
1701         rtval = 0;
1702         PMAP_LOCK(pmap);
1703         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1704         if (pde != 0) {
1705                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1706                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1707                 else {
1708                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1709                         rtval = (pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1710                 }
1711         }
1712         PMAP_UNLOCK(pmap);
1713         return (rtval);
1714 }
1715
1716 /*
1717  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1718  *      Function:
1719  *              Atomically extract and hold the physical page
1720  *              with the given pmap and virtual address pair
1721  *              if that mapping permits the given protection.
1722  */
1723 static vm_page_t
1724 __CONCAT(PMTYPE, extract_and_hold)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1725 {
1726         pd_entry_t pde;
1727         pt_entry_t pte;
1728         vm_page_t m;
1729
1730         m = NULL;
1731         PMAP_LOCK(pmap);
1732         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1733         if (pde != 0) {
1734                 if (pde & PG_PS) {
1735                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
1736                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1737                                     (va & PDRMASK));
1738                 } else {
1739                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, va, pde);
1740                         if (pte != 0 &&
1741                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
1742                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1743                 }
1744                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
1745                         m = NULL;
1746         }
1747         PMAP_UNLOCK(pmap);
1748         return (m);
1749 }
1750
1751 /***************************************************
1752  * Low level mapping routines.....
1753  ***************************************************/
1754
1755 /*
1756  * Add a wired page to the kva.
1757  * Note: not SMP coherent.
1758  *
1759  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1760  */
1761 static void
1762 __CONCAT(PMTYPE, kenter)(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1763 {
1764         pt_entry_t *pte;
1765
1766         pte = vtopte(va);
1767         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1768 }
1769
1770 static __inline void
1771 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1772 {
1773         pt_entry_t *pte;
1774
1775         pte = vtopte(va);
1776         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1777             mode, 0));
1778 }
1779
1780 /*
1781  * Remove a page from the kernel pagetables.
1782  * Note: not SMP coherent.
1783  *
1784  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1785  */
1786 static void
1787 __CONCAT(PMTYPE, kremove)(vm_offset_t va)
1788 {
1789         pt_entry_t *pte;
1790
1791         pte = vtopte(va);
1792         pte_clear(pte);
1793 }
1794
1795 /*
1796  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1797  *      virtual address space.
1798  *
1799  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1800  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1801  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1802  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1803  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1804  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1805  *      region.
1806  */
1807 static vm_offset_t
1808 __CONCAT(PMTYPE, map)(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end,
1809     int prot)
1810 {
1811         vm_offset_t va, sva;
1812         vm_paddr_t superpage_offset;
1813         pd_entry_t newpde;
1814
1815         va = *virt;
1816         /*
1817          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1818          * least one superpage mapping to be created?
1819          */ 
1820         superpage_offset = start & PDRMASK;
1821         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1822                 /*
1823                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1824                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1825                  */
1826                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1827                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1828                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1829                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1830         }
1831         sva = va;
1832         while (start < end) {
1833                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1834                     pseflag != 0) {
1835                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1836                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1837                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1838                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1839                         va += NBPDR;
1840                         start += NBPDR;
1841                 } else {
1842                         pmap_kenter(va, start);
1843                         va += PAGE_SIZE;
1844                         start += PAGE_SIZE;
1845                 }
1846         }
1847         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1848         *virt = va;
1849         return (sva);
1850 }
1851
1852
1853 /*
1854  * Add a list of wired pages to the kva
1855  * this routine is only used for temporary
1856  * kernel mappings that do not need to have
1857  * page modification or references recorded.
1858  * Note that old mappings are simply written
1859  * over.  The page *must* be wired.
1860  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1861  */
1862 static void
1863 __CONCAT(PMTYPE, qenter)(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1864 {
1865         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1866         vm_page_t m;
1867
1868         oldpte = 0;
1869         pte = vtopte(sva);
1870         endpte = pte + count;
1871         while (pte < endpte) {
1872                 m = *ma++;
1873                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
1874                     m->md.pat_mode, 0);
1875                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1876                         oldpte |= *pte;
1877                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1878                 }
1879                 pte++;
1880         }
1881         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1882                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, sva + count *
1883                     PAGE_SIZE);
1884 }
1885
1886 /*
1887  * This routine tears out page mappings from the
1888  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1889  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1890  */
1891 static void
1892 __CONCAT(PMTYPE, qremove)(vm_offset_t sva, int count)
1893 {
1894         vm_offset_t va;
1895
1896         va = sva;
1897         while (count-- > 0) {
1898                 pmap_kremove(va);
1899                 va += PAGE_SIZE;
1900         }
1901         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, sva, va);
1902 }
1903
1904 /***************************************************
1905  * Page table page management routines.....
1906  ***************************************************/
1907 /*
1908  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1909  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1910  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1911  */
1912 static __inline void
1913 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1914     boolean_t set_PG_ZERO)
1915 {
1916
1917         if (set_PG_ZERO)
1918                 m->flags |= PG_ZERO;
1919         else
1920                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1921         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1922 }
1923
1924 /*
1925  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1926  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1927  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1928  * ordered by this virtual address range.
1929  *
1930  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
1931  */
1932 static __inline int
1933 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
1934 {
1935
1936         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1937         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1938         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1939 }
1940
1941 /*
1942  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1943  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1944  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1945  * specified virtual address.
1946  */
1947 static __inline vm_page_t
1948 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1949 {
1950
1951         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1952         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1953 }
1954
1955 /*
1956  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1957  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1958  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1959  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1960  */
1961 static inline boolean_t
1962 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1963 {
1964
1965         --m->ref_count;
1966         if (m->ref_count == 0) {
1967                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1968                 return (TRUE);
1969         } else
1970                 return (FALSE);
1971 }
1972
1973 static void
1974 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1975 {
1976
1977         /*
1978          * unmap the page table page
1979          */
1980         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1981         --pmap->pm_stats.resident_count;
1982
1983         /*
1984          * There is not need to invalidate the recursive mapping since
1985          * we never instantiate such mapping for the usermode pmaps,
1986          * and never remove page table pages from the kernel pmap.
1987          * Put page on a list so that it is released since all TLB
1988          * shootdown is done.
1989          */
1990         MPASS(pmap != kernel_pmap);
1991         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1992 }
1993
1994 /*
1995  * After removing a page table entry, this routine is used to
1996  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1997  */
1998 static int
1999 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2000 {
2001         pd_entry_t ptepde;
2002         vm_page_t mpte;
2003
2004         if (pmap == kernel_pmap)
2005                 return (0);
2006         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
2007         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2008         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
2009 }
2010
2011 /*
2012  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
2013  * mapping.
2014  */
2015 static void
2016 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
2017 {
2018         struct spglist free;
2019
2020         SLIST_INIT(&free);
2021         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
2022                 /*
2023                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
2024                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
2025                  * page table pages.  Invalidate those entries.
2026                  */
2027                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2028                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2029         }
2030 }
2031
2032 /*
2033  * Initialize the pmap for the swapper process.
2034  */
2035 static void
2036 __CONCAT(PMTYPE, pinit0)(pmap_t pmap)
2037 {
2038
2039         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2040         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
2041 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2042         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
2043 #endif
2044         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2045         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2046         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2047         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2048         pmap_activate_boot(pmap);
2049 }
2050
2051 /*
2052  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2053  * such as one in a vmspace structure.
2054  */
2055 static int
2056 __CONCAT(PMTYPE, pinit)(pmap_t pmap)
2057 {
2058         vm_page_t m;
2059         int i;
2060
2061         /*
2062          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
2063          * page directory table.
2064          */
2065         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
2066                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
2067                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
2068                         return (0);
2069 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2070                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
2071                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
2072                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
2073                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
2074                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
2075                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
2076 #endif
2077                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
2078         }
2079         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2080             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
2081
2082         /*
2083          * allocate the page directory page(s)
2084          */
2085         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2086                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2087                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2088                 pmap->pm_ptdpg[i] = m;
2089 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2090                 pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
2091 #endif
2092         }
2093
2094         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
2095 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2096         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
2097                 pmap_invalidate_cache_range(
2098                     trunc_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt),
2099                     round_page((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt +
2100                     NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)));
2101         }
2102 #endif
2103
2104         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2105                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
2106                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
2107
2108         /* Install the trampoline mapping. */
2109         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
2110
2111         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2112         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2113         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2114
2115         return (1);
2116 }
2117
2118 /*
2119  * this routine is called if the page table page is not
2120  * mapped correctly.
2121  */
2122 static vm_page_t
2123 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
2124 {
2125         vm_paddr_t ptepa;
2126         vm_page_t m;
2127
2128         /*
2129          * Allocate a page table page.
2130          */
2131         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2132             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2133                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2134                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2135                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2136                         vm_wait(NULL);
2137                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2138                         PMAP_LOCK(pmap);
2139                 }
2140
2141                 /*
2142                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2143                  * page may have been allocated.
2144                  */
2145                 return (NULL);
2146         }
2147         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2148                 pmap_zero_page(m);
2149
2150         /*
2151          * Map the pagetable page into the process address space, if
2152          * it isn't already there.
2153          */
2154
2155         pmap->pm_stats.resident_count++;
2156
2157         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2158         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2159                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2160
2161         return (m);
2162 }
2163
2164 static vm_page_t
2165 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2166 {
2167         u_int ptepindex;
2168         pd_entry_t ptepa;
2169         vm_page_t m;
2170
2171         /*
2172          * Calculate pagetable page index
2173          */
2174         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2175 retry:
2176         /*
2177          * Get the page directory entry
2178          */
2179         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2180
2181         /*
2182          * This supports switching from a 4MB page to a
2183          * normal 4K page.
2184          */
2185         if (ptepa & PG_PS) {
2186                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2187                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2188         }
2189
2190         /*
2191          * If the page table page is mapped, we just increment the
2192          * hold count, and activate it.
2193          */
2194         if (ptepa) {
2195                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2196                 m->ref_count++;
2197         } else {
2198                 /*
2199                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2200                  * been deallocated. 
2201                  */
2202                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2203                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2204                         goto retry;
2205         }
2206         return (m);
2207 }
2208
2209
2210 /***************************************************
2211 * Pmap allocation/deallocation routines.
2212  ***************************************************/
2213
2214 /*
2215  * Release any resources held by the given physical map.
2216  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2217  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2218  */
2219 static void
2220 __CONCAT(PMTYPE, release)(pmap_t pmap)
2221 {
2222         vm_page_t m;
2223         int i;
2224
2225         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2226             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2227             pmap->pm_stats.resident_count));
2228         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2229             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2230         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2231             ("releasing active pmap %p", pmap));
2232
2233         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2234
2235         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2236                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2237 #ifdef PMAP_PAE_COMP
2238                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2239                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2240 #endif
2241                 vm_page_unwire_noq(m);
2242                 vm_page_free(m);
2243         }
2244 }
2245
2246 /*
2247  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2248  */
2249 static void
2250 __CONCAT(PMTYPE, growkernel)(vm_offset_t addr)
2251 {
2252         vm_paddr_t ptppaddr;
2253         vm_page_t nkpg;
2254         pd_entry_t newpdir;
2255
2256         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2257         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2258         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
2259                 addr = vm_map_max(kernel_map);
2260         while (kernel_vm_end < addr) {
2261                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2262                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2263                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2264                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2265                                 break;
2266                         }
2267                         continue;
2268                 }
2269
2270                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2271                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2272                     VM_ALLOC_ZERO);
2273                 if (nkpg == NULL)
2274                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2275
2276                 nkpt++;
2277
2278                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2279                         pmap_zero_page(nkpg);
2280                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2281                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2282                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2283
2284                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2285                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2286                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
2287                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
2288                         break;
2289                 }
2290         }
2291 }
2292
2293
2294 /***************************************************
2295  * page management routines.
2296  ***************************************************/
2297
2298 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2299 CTASSERT(_NPCM == 11);
2300 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2301
2302 static __inline struct pv_chunk *
2303 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2304 {
2305
2306         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2307 }
2308
2309 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2310
2311 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2312 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2313
2314 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2315         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2316         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2317         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2318         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2319 };
2320
2321 #ifdef PV_STATS
2322 extern int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2323 extern long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2324 extern int pv_entry_spare;
2325 #endif
2326
2327 /*
2328  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2329  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2330  * another pv entry chunk.
2331  */
2332 static vm_page_t
2333 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2334 {
2335         struct pch newtail;
2336         struct pv_chunk *pc;
2337         struct md_page *pvh;
2338         pd_entry_t *pde;
2339         pmap_t pmap;
2340         pt_entry_t *pte, tpte;
2341         pv_entry_t pv;
2342         vm_offset_t va;
2343         vm_page_t m, m_pc;
2344         struct spglist free;
2345         uint32_t inuse;
2346         int bit, field, freed;
2347
2348         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2349         pmap = NULL;
2350         m_pc = NULL;
2351         SLIST_INIT(&free);
2352         TAILQ_INIT(&newtail);
2353         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2354             SLIST_EMPTY(&free))) {
2355                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2356                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2357                         if (pmap != NULL) {
2358                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2359                                 if (pmap != locked_pmap)
2360                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2361                         }
2362                         pmap = pc->pc_pmap;
2363                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2364                         if (pmap > locked_pmap)
2365                                 PMAP_LOCK(pmap);
2366                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2367                                 pmap = NULL;
2368                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2369                                 continue;
2370                         }
2371                 }
2372
2373                 /*
2374                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2375                  */
2376                 freed = 0;
2377                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2378                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2379                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2380                                 bit = bsfl(inuse);
2381                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2382                                 va = pv->pv_va;
2383                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2384                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2385                                         continue;
2386                                 pte = __CONCAT(PMTYPE, pte)(pmap, va);
2387                                 tpte = *pte;
2388                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2389                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2390                                 pmap_pte_release(pte);
2391                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2392                                         continue;
2393                                 KASSERT(tpte != 0,
2394                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2395                                     pmap, va));
2396                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2397                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
2398                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2399                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2400                                         vm_page_dirty(m);
2401                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2402                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2403                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2404                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2405                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2406                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2407                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2408                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2409                                                     PGA_WRITEABLE);
2410                                         }
2411                                 }
2412                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2413                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2414                                 freed++;
2415                         }
2416                 }
2417                 if (freed == 0) {
2418                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2419                         continue;
2420                 }
2421                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2422                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2423                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2424                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2425                 pv_entry_count -= freed;
2426                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2427                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2428                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2429                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2430                                     pc_list);
2431                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2432
2433                                 /*
2434                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2435                                  * sufficient.
2436                                  */
2437                                 if (pmap == locked_pmap)
2438                                         goto out;
2439                                 break;
2440                         }
2441                 if (field == _NPCM) {
2442                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2443                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2444                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2445                         /* Entire chunk is free; return it. */
2446                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2447                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2448                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2449                         break;
2450                 }
2451         }
2452 out:
2453         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2454         if (pmap != NULL) {
2455                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
2456                 if (pmap != locked_pmap)
2457                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2458         }
2459         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2460                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2461                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2462                 /* Recycle a freed page table page. */
2463                 m_pc->ref_count = 1;
2464         }
2465         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2466         return (m_pc);
2467 }
2468
2469 /*
2470  * free the pv_entry back to the free list
2471  */
2472 static void
2473 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2474 {
2475         struct pv_chunk *pc;
2476         int idx, field, bit;
2477
2478         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2479         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2480         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2481         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2482         pv_entry_count--;
2483         pc = pv_to_chunk(pv);
2484         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2485         field = idx / 32;
2486         bit = idx % 32;
2487         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2488         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2489                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2490                         /*
2491                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2492                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2493                          */
2494                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2495                             pc)) {
2496                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2497                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2498                                     pc_list);
2499                         }
2500                         return;
2501                 }
2502         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2503         free_pv_chunk(pc);
2504 }
2505
2506 static void
2507 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2508 {
2509         vm_page_t m;
2510
2511         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2512         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2513         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2514         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2515         /* entire chunk is free, return it */
2516         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2517         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2518         vm_page_unwire_noq(m);
2519         vm_page_free(m);
2520         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2521 }
2522
2523 /*
2524  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2525  * when needed.
2526  */
2527 static pv_entry_t
2528 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2529 {
2530         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2531         static struct timeval lastprint;
2532         int bit, field;
2533         pv_entry_t pv;
2534         struct pv_chunk *pc;
2535         vm_page_t m;
2536
2537         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2538         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2539         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2540         pv_entry_count++;
2541         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2542                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2543                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2544                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2545                             "vm.pmap.pv_entries tunable.\n");
2546 retry:
2547         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2548         if (pc != NULL) {
2549                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2550                         if (pc->pc_map[field]) {
2551                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2552                                 break;
2553                         }
2554                 }
2555                 if (field < _NPCM) {
2556                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2557                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2558                         /* If this was the last item, move it to tail */
2559                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2560                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2561                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2562                                         return (pv);    /* not full, return */
2563                                 }
2564                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2565                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2566                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2567                         return (pv);
2568                 }
2569         }
2570         /*
2571          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2572          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2573          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2574          */
2575         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2576             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2577                 if (try) {
2578                         pv_entry_count--;
2579                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2580                         return (NULL);
2581                 }
2582                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2583                 if (m == NULL)
2584                         goto retry;
2585         }
2586         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2587         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2588         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2589         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2590         pc->pc_pmap = pmap;
2591         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2592         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2593                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2594         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2595         pv = &pc->pc_pventry[0];
2596         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2597         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2598         return (pv);
2599 }
2600
2601 static __inline pv_entry_t
2602 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2603 {
2604         pv_entry_t pv;
2605
2606         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2607         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2608                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2609                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2610                         break;
2611                 }
2612         }
2613         return (pv);
2614 }
2615
2616 static void
2617 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2618 {
2619         struct md_page *pvh;
2620         pv_entry_t pv;
2621         vm_offset_t va_last;
2622         vm_page_t m;
2623
2624         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2625         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2626             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2627
2628         /*
2629          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2630          * page's pv list.
2631          */
2632         pvh = pa_to_pvh(pa);
2633         va = trunc_4mpage(va);
2634         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2635         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2636         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2637         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2638         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2639         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2640         do {
2641                 m++;
2642                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2643                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2644                 va += PAGE_SIZE;
2645                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2646         } while (va < va_last);
2647 }
2648
2649 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2650 static void
2651 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2652 {
2653         struct md_page *pvh;
2654         pv_entry_t pv;
2655         vm_offset_t va_last;
2656         vm_page_t m;
2657
2658         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2659         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2660             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2661
2662         /*
2663          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2664          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2665          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2666          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2667          * removes one of the mappings that is being promoted.
2668          */
2669         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2670         va = trunc_4mpage(va);
2671         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2672         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2673         pvh = pa_to_pvh(pa);
2674         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2675         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2676         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2677         do {
2678                 m++;
2679                 va += PAGE_SIZE;
2680                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2681         } while (va < va_last);
2682 }
2683 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2684
2685 static void
2686 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2687 {
2688         pv_entry_t pv;
2689
2690         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2691         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2692         free_pv_entry(pmap, pv);
2693 }
2694
2695 static void
2696 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2697 {
2698         struct md_page *pvh;
2699
2700         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2701         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2702         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2703                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2704                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2705                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2706         }
2707 }
2708
2709 /*
2710  * Create a pv entry for page at pa for
2711  * (pmap, va).
2712  */
2713 static void
2714 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2715 {
2716         pv_entry_t pv;
2717
2718         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2719         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2720         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2721         pv->pv_va = va;
2722         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2723 }
2724
2725 /*
2726  * Conditionally create a pv entry.
2727  */
2728 static boolean_t
2729 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2730 {
2731         pv_entry_t pv;
2732
2733         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2734         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2735         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2736             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2737                 pv->pv_va = va;
2738                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2739                 return (TRUE);
2740         } else
2741                 return (FALSE);
2742 }
2743
2744 /*
2745  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2746  */
2747 static bool
2748 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags)
2749 {
2750         struct md_page *pvh;
2751         pv_entry_t pv;
2752         bool noreclaim;
2753
2754         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2755         noreclaim = (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0;
2756         if ((noreclaim && pv_entry_count >= pv_entry_high_water) ||
2757             (pv = get_pv_entry(pmap, noreclaim)) == NULL)
2758                 return (false);
2759         pv->pv_va = va;
2760         pvh = pa_to_pvh(pde & PG_PS_FRAME);
2761         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2762         return (true);
2763 }
2764
2765 /*
2766  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2767  */
2768 static void
2769 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2770 {
2771         pt_entry_t *pte;
2772
2773         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2774                 *pte = newpte;  
2775                 newpte += PAGE_SIZE;
2776         }
2777 }
2778
2779 /*
2780  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2781  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2782  */
2783 static boolean_t
2784 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2785 {
2786         pd_entry_t newpde, oldpde;
2787         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2788         vm_paddr_t mptepa;
2789         vm_page_t mpte;
2790         struct spglist free;
2791         vm_offset_t sva;
2792
2793         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2794         oldpde = *pde;
2795         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2796             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2797         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2798             NULL) {
2799                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2800                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2801                     " is missing"));
2802
2803                 /*
2804                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2805                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2806                  * allocation of the new page table page fails.
2807                  */
2808                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2809                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2810                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2811                         SLIST_INIT(&free);
2812                         sva = trunc_4mpage(va);
2813                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2814                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2815                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2816                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2817                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2818                             " in pmap %p", va, pmap);
2819                         return (FALSE);
2820                 }
2821                 if (pmap != kernel_pmap) {
2822                         mpte->ref_count = NPTEPG;
2823                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2824                 }
2825         }
2826         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2827
2828         /*
2829          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2830          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2831          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2832          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2833          */
2834         if (pmap == kernel_pmap)
2835                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2836         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2837                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2838                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2839 #ifdef SMP
2840                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2841 #endif
2842                         invlcaddr(PADDR1);
2843                         PMAP1changed++;
2844                 } else
2845 #ifdef SMP
2846                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2847                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2848                         invlcaddr(PADDR1);
2849                         PMAP1changedcpu++;
2850                 } else
2851 #endif
2852                         PMAP1unchanged++;
2853                 firstpte = PADDR1;
2854         } else {
2855                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2856                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2857                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2858                         pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap,
2859                             (vm_offset_t)PADDR2);
2860                 }
2861                 firstpte = PADDR2;
2862         }
2863         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2864         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2865             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2866         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2867             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2868         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2869         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2870                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2871
2872         /*
2873          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2874          * initialize it.
2875          */
2876         if (mpte->valid == 0)
2877                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2878
2879         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2880             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2881             " addresses"));
2882
2883         /*
2884          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2885          * entries.
2886          */ 
2887         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2888                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2889         
2890         /*
2891          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2892          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2893          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2894          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2895          * the read above and the store below. 
2896          */
2897         if (workaround_erratum383)
2898                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2899         else if (pmap == kernel_pmap)
2900                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2901         else
2902                 pde_store(pde, newpde); 
2903         if (firstpte == PADDR2)
2904                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2905
2906         /*
2907          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2908          */
2909         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2910
2911         /*
2912          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2913          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2914          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2915          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2916          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2917          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2918          * the 2mpage to referencing the page table page.
2919          */
2920         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2921                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2922
2923         pmap_pde_demotions++;
2924         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2925             " in pmap %p", va, pmap);
2926         return (TRUE);
2927 }
2928
2929 /*
2930  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2931  */
2932 static void
2933 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2934 {
2935         pd_entry_t newpde;
2936         vm_paddr_t mptepa;
2937         vm_page_t mpte;
2938
2939         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2940         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2941         if (mpte == NULL)
2942                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2943
2944         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2945         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2946
2947         /*
2948          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
2949          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
2950          */
2951         if (mpte->valid != 0)
2952                 pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2953
2954         /*
2955          * Remove the mapping.
2956          */
2957         if (workaround_erratum383)
2958                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2959         else 
2960                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2961
2962         /*
2963          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2964          */
2965         pmap_invalidate_page_int(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2966 }
2967
2968 /*
2969  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2970  */
2971 static void
2972 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2973     struct spglist *free)
2974 {
2975         struct md_page *pvh;
2976         pd_entry_t oldpde;
2977         vm_offset_t eva, va;
2978         vm_page_t m, mpte;
2979
2980         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2981         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2982             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2983         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2984         if (oldpde & PG_W)
2985                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2986
2987         /*
2988          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2989          * PG_G.
2990          */
2991         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2992                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2993
2994         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2995         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2996                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2997                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2998                 eva = sva + NBPDR;
2999                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3000                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3001                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3002                                 vm_page_dirty(m);
3003                         if (oldpde & PG_A)
3004                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3005                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3006                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3007                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3008                 }
3009         }
3010         if (pmap == kernel_pmap) {
3011                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3012         } else {
3013                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3014                 if (mpte != NULL) {
3015                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3016                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
3017                         pmap->pm_stats.resident_count--;
3018                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
3019                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
3020                         mpte->ref_count = 0;
3021                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3022                 }
3023         }
3024 }
3025
3026 /*
3027  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3028  */
3029 static int
3030 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
3031     struct spglist *free)
3032 {
3033         pt_entry_t oldpte;
3034         vm_page_t m;
3035
3036         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3037         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3038         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3039         KASSERT(oldpte != 0,
3040             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
3041         if (oldpte & PG_W)
3042                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3043         /*
3044          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3045          * PG_G.
3046          */
3047         if (oldpte & PG_G)
3048                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, va);
3049         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
3050         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3051                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3052                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3053                         vm_page_dirty(m);
3054                 if (oldpte & PG_A)
3055                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3056                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
3057         }
3058         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
3059 }
3060
3061 /*
3062  * Remove a single page from a process address space
3063  */
3064 static void
3065 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
3066 {
3067         pt_entry_t *pte;
3068
3069         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3070         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3071         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3072         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
3073                 return;
3074         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
3075         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3076 }
3077
3078 /*
3079  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
3080  */
3081 static bool
3082 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3083     struct spglist *free)
3084 {
3085         pt_entry_t *pte;
3086         bool anyvalid;
3087
3088         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3089         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
3090         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3091         anyvalid = false;
3092         for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != eva; pte++,
3093             sva += PAGE_SIZE) {
3094                 if (*pte == 0)
3095                         continue;
3096
3097                 /*
3098                  * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated by
3099                  * pmap_remove_pte().
3100                  */
3101                 if ((*pte & PG_G) == 0)
3102                         anyvalid = true;
3103
3104                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, free))
3105                         break;
3106         }
3107         return (anyvalid);
3108 }
3109
3110 /*
3111  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3112  *
3113  *      It is assumed that the start and end are properly
3114  *      rounded to the page size.
3115  */
3116 static void
3117 __CONCAT(PMTYPE, remove)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3118 {
3119         vm_offset_t pdnxt;
3120         pd_entry_t ptpaddr;
3121         struct spglist free;
3122         int anyvalid;
3123
3124         /*
3125          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3126          */
3127         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3128                 return;
3129
3130         anyvalid = 0;
3131         SLIST_INIT(&free);
3132
3133         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3134         sched_pin();
3135         PMAP_LOCK(pmap);
3136
3137         /*
3138          * special handling of removing one page.  a very
3139          * common operation and easy to short circuit some
3140          * code.
3141          */
3142         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3143             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3144                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3145                 goto out;
3146         }
3147
3148         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3149                 u_int pdirindex;
3150
3151                 /*
3152                  * Calculate index for next page table.
3153                  */
3154                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3155                 if (pdnxt < sva)
3156                         pdnxt = eva;
3157                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3158                         break;
3159
3160                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3161                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3162
3163                 /*
3164                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3165                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3166                  */
3167                 if (ptpaddr == 0)
3168                         continue;
3169
3170                 /*
3171                  * Check for large page.
3172                  */
3173                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3174                         /*
3175                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3176                          * demote the mapping and fall through.
3177                          */
3178                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3179                                 /*
3180                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3181                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3182                                  */
3183                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3184                                         anyvalid = 1;
3185                                 pmap_remove_pde(pmap,
3186                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3187                                 continue;
3188                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3189                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3190                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3191                                 continue;
3192                         }
3193                 }
3194
3195                 /*
3196                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3197                  * by the current page table page, or to the end of the
3198                  * range being removed.
3199                  */
3200                 if (pdnxt > eva)
3201                         pdnxt = eva;
3202
3203                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, pdnxt, &free))
3204                         anyvalid = 1;
3205         }
3206 out:
3207         sched_unpin();
3208         if (anyvalid)
3209                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3210         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3211         PMAP_UNLOCK(pmap);
3212         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3213 }
3214
3215 /*
3216  *      Routine:        pmap_remove_all
3217  *      Function:
3218  *              Removes this physical page from
3219  *              all physical maps in which it resides.
3220  *              Reflects back modify bits to the pager.
3221  *
3222  *      Notes:
3223  *              Original versions of this routine were very
3224  *              inefficient because they iteratively called
3225  *              pmap_remove (slow...)
3226  */
3227
3228 static void
3229 __CONCAT(PMTYPE, remove_all)(vm_page_t m)
3230 {
3231         struct md_page *pvh;
3232         pv_entry_t pv;
3233         pmap_t pmap;
3234         pt_entry_t *pte, tpte;
3235         pd_entry_t *pde;
3236         vm_offset_t va;
3237         struct spglist free;
3238
3239         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3240             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3241         SLIST_INIT(&free);
3242         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3243         sched_pin();
3244         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3245                 goto small_mappings;
3246         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3247         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3248                 va = pv->pv_va;
3249                 pmap = PV_PMAP(pv);
3250                 PMAP_LOCK(pmap);
3251                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3252                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3253                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3254         }
3255 small_mappings:
3256         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3257                 pmap = PV_PMAP(pv);
3258                 PMAP_LOCK(pmap);
3259                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3260                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3261                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3262                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3263                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3264                 tpte = pte_load_clear(pte);
3265                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3266                     pmap, pv->pv_va));
3267                 if (tpte & PG_W)
3268                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3269                 if (tpte & PG_A)
3270                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3271
3272                 /*
3273                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3274                  */
3275                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3276                         vm_page_dirty(m);
3277                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3278                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
3279                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3280                 free_pv_entry(pmap, pv);
3281                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3282         }
3283         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3284         sched_unpin();
3285         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3286         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3287 }
3288
3289 /*
3290  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3291  */
3292 static boolean_t
3293 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3294 {
3295         pd_entry_t newpde, oldpde;
3296         vm_page_t m, mt;
3297         boolean_t anychanged;
3298
3299         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3300         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3301             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3302         anychanged = FALSE;
3303 retry:
3304         oldpde = newpde = *pde;
3305         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3306                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3307                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3308                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3309                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
3310                                 vm_page_dirty(mt);
3311                 }
3312                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3313         }
3314 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3315         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3316                 newpde |= pg_nx;
3317 #endif
3318         if (newpde != oldpde) {
3319                 /*
3320                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3321                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3322                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3323                  */
3324                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3325                         goto retry;
3326                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3327                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3328                 else
3329                         anychanged = TRUE;
3330         }
3331         return (anychanged);
3332 }
3333
3334 /*
3335  *      Set the physical protection on the
3336  *      specified range of this map as requested.
3337  */
3338 static void
3339 __CONCAT(PMTYPE, protect)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
3340     vm_prot_t prot)
3341 {
3342         vm_offset_t pdnxt;
3343         pd_entry_t ptpaddr;
3344         pt_entry_t *pte;
3345         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3346
3347         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3348         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3349                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3350                 return;
3351         }
3352
3353 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3354         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
3355             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
3356                 return;
3357 #else
3358         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3359                 return;
3360 #endif
3361
3362         if (pmap_is_current(pmap))
3363                 pv_lists_locked = FALSE;
3364         else {
3365                 pv_lists_locked = TRUE;
3366 resume:
3367                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3368                 sched_pin();
3369         }
3370         anychanged = FALSE;
3371
3372         PMAP_LOCK(pmap);
3373         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3374                 pt_entry_t obits, pbits;
3375                 u_int pdirindex;
3376
3377                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3378                 if (pdnxt < sva)
3379                         pdnxt = eva;
3380
3381                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3382                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3383
3384                 /*
3385                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3386                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3387                  */
3388                 if (ptpaddr == 0)
3389                         continue;
3390
3391                 /*
3392                  * Check for large page.
3393                  */
3394                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3395                         /*
3396                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3397                          * demote the mapping and fall through.
3398                          */
3399                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3400                                 /*
3401                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3402                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3403                                  */
3404                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3405                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3406                                         anychanged = TRUE;
3407                                 continue;
3408                         } else {
3409                                 if (!pv_lists_locked) {
3410                                         pv_lists_locked = TRUE;
3411                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3412                                                 if (anychanged)
3413                                                         pmap_invalidate_all_int(
3414                                                             pmap);
3415                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3416                                                 goto resume;
3417                                         }
3418                                         sched_pin();
3419                                 }
3420                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3421                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3422                                         /*
3423                                          * The large page mapping was
3424                                          * destroyed.
3425                                          */
3426                                         continue;
3427                                 }
3428                         }
3429                 }
3430
3431                 if (pdnxt > eva)
3432                         pdnxt = eva;
3433
3434                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3435                     sva += PAGE_SIZE) {
3436                         vm_page_t m;
3437
3438 retry:
3439                         /*
3440                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3441                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3442                          * significant 32 bits.
3443                          */
3444                         obits = pbits = *pte;
3445                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3446                                 continue;
3447
3448                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3449                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3450                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3451                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3452                                         vm_page_dirty(m);
3453                                 }
3454                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3455                         }
3456 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3457                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3458                                 pbits |= pg_nx;
3459 #endif
3460
3461                         if (pbits != obits) {
3462 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3463                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3464                                         goto retry;
3465 #else
3466                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3467                                     pbits))
3468                                         goto retry;
3469 #endif
3470                                 if (obits & PG_G)
3471                                         pmap_invalidate_page_int(pmap, sva);
3472                                 else
3473                                         anychanged = TRUE;
3474                         }
3475                 }
3476         }
3477         if (anychanged)
3478                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
3479         if (pv_lists_locked) {
3480                 sched_unpin();
3481                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3482         }
3483         PMAP_UNLOCK(pmap);
3484 }
3485
3486 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3487 /*
3488  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3489  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3490  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3491  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3492  * mappings must have identical characteristics.
3493  *
3494  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3495  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3496  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3497  * pmap.
3498  */
3499 static void
3500 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3501 {
3502         pd_entry_t newpde;
3503         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3504         vm_offset_t oldpteva;
3505         vm_page_t mpte;
3506
3507         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3508
3509         /*
3510          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3511          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3512          * within a 2- or 4MB page.
3513          */
3514         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3515 setpde:
3516         newpde = *firstpte;
3517         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3518                 pmap_pde_p_failures++;
3519                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3520                     " in pmap %p", va, pmap);
3521                 return;
3522         }
3523         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3524                 pmap_pde_p_failures++;
3525                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3526                     " in pmap %p", va, pmap);
3527                 return;
3528         }
3529         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3530                 /*
3531                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3532                  * a TLB invalidation.
3533                  */
3534                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3535                     ~PG_RW))  
3536                         goto setpde;
3537                 newpde &= ~PG_RW;
3538         }
3539
3540         /* 
3541          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3542          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3543          * characteristics to the first PTE.
3544          */
3545         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3546         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3547 setpte:
3548                 oldpte = *pte;
3549                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3550                         pmap_pde_p_failures++;
3551                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3552                             " in pmap %p", va, pmap);
3553                         return;
3554                 }
3555                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3556                         /*
3557                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3558                          * without a TLB invalidation.
3559                          */
3560                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3561                             oldpte & ~PG_RW))
3562                                 goto setpte;
3563                         oldpte &= ~PG_RW;
3564                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3565                             (va & ~PDRMASK);
3566                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3567                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3568                 }
3569                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3570                         pmap_pde_p_failures++;
3571                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3572                             " in pmap %p", va, pmap);
3573                         return;
3574                 }
3575                 pa -= PAGE_SIZE;
3576         }
3577
3578         /*
3579          * Save the page table page in its current state until the PDE
3580          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3581          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3582          */
3583         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3584         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3585             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3586             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3587         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3588             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3589         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
3590                 pmap_pde_p_failures++;
3591                 CTR2(KTR_PMAP,
3592                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3593                     pmap);
3594                 return;
3595         }
3596
3597         /*
3598          * Promote the pv entries.
3599          */
3600         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3601                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3602
3603         /*
3604          * Propagate the PAT index to its proper position.
3605          */
3606         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3607                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3608
3609         /*
3610          * Map the superpage.
3611          */
3612         if (workaround_erratum383)
3613                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3614         else if (pmap == kernel_pmap)
3615                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3616         else
3617                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3618
3619         pmap_pde_promotions++;
3620         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3621             " in pmap %p", va, pmap);
3622 }
3623 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3624
3625 /*
3626  *      Insert the given physical page (p) at
3627  *      the specified virtual address (v) in the
3628  *      target physical map with the protection requested.
3629  *
3630  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3631  *      that the related pte can not be reclaimed.
3632  *
3633  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3634  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3635  *      insert this page into the given map NOW.
3636  */
3637 static int
3638 __CONCAT(PMTYPE, enter)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3639     vm_prot_t prot, u_int flags, int8_t psind)
3640 {
3641         pd_entry_t *pde;
3642         pt_entry_t *pte;
3643         pt_entry_t newpte, origpte;
3644         pv_entry_t pv;
3645         vm_paddr_t opa, pa;
3646         vm_page_t mpte, om;
3647         int rv;
3648
3649         va = trunc_page(va);
3650         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3651             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3652             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3653         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3654             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3655             va));
3656         KASSERT(pmap != kernel_pmap || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 ||
3657             va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3658             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3659         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3660                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
3661         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
3662             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
3663         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3664         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3665         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3666                 newpte |= PG_M;
3667         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3668                 newpte |= PG_RW;
3669         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3670             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3671 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3672         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3673                 newpte |= pg_nx;
3674 #endif
3675         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
3676                 newpte |= PG_W;
3677         if (pmap != kernel_pmap)
3678                 newpte |= PG_U;
3679         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
3680         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3681                 newpte |= PG_MANAGED;
3682
3683         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3684         PMAP_LOCK(pmap);
3685         sched_pin();
3686         if (psind == 1) {
3687                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
3688                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
3689                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
3690                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m);
3691                 goto out;
3692         }
3693
3694         pde = pmap_pde(pmap, va);
3695         if (pmap != kernel_pmap) {
3696                 /*
3697                  * va is for UVA.
3698                  * In the case that a page table page is not resident,
3699                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3700                  * demotion.
3701                  */
3702                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3703                 if (mpte == NULL) {
3704                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3705                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3706                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
3707                         goto out;
3708                 }
3709         } else {
3710                 /*
3711                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3712                  * to install a page table page.  PG_V is also
3713                  * asserted by pmap_demote_pde().
3714                  */
3715                 mpte = NULL;
3716                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3717                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3718                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3719                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3720                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3721         }
3722         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3723
3724         /*
3725          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3726          * happen.  We should have either allocated the page table
3727          * page or demoted the existing mapping above.
3728          */
3729         if (pte == NULL) {
3730                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3731                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3732         }
3733
3734         origpte = *pte;
3735         pv = NULL;
3736
3737         /*
3738          * Is the specified virtual address already mapped?
3739          */
3740         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3741                 /*
3742                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3743                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3744                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3745                  * the PT page will be also.
3746                  */
3747                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3748                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3749                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3750                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3751
3752                 /*
3753                  * Remove the extra PT page reference.
3754                  */
3755                 if (mpte != NULL) {
3756                         mpte->ref_count--;
3757                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
3758                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3759                              " va: 0x%x", va));
3760                 }
3761
3762                 /*
3763                  * Has the physical page changed?
3764                  */
3765                 opa = origpte & PG_FRAME;
3766                 if (opa == pa) {
3767                         /*
3768                          * No, might be a protection or wiring change.
3769                          */
3770                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3771                             (newpte & PG_RW) != 0)
3772                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3773                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3774                                 goto unchanged;
3775                         goto validate;
3776                 }
3777
3778                 /*
3779                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
3780                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
3781                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
3782                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
3783                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
3784                  * avoiding an allocation.
3785                  *
3786                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
3787                  */
3788                 origpte = pte_load_clear(pte);
3789                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
3790                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3791                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3792                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3793
3794                         /*
3795                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
3796                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
3797                          * pmap_ts_referenced().
3798                          */
3799                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3800                                 vm_page_dirty(om);
3801                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
3802                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3803                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3804                         }
3805                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3806                         KASSERT(pv != NULL,
3807                             ("pmap_enter: no PV entry for %#x", va));
3808                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
3809                                 free_pv_entry(pmap, pv);
3810                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3811                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3812                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3813                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3814                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3815                 } else {
3816                         /*
3817                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
3818                          * is set.
3819                          */
3820                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3821                 }
3822                 origpte = 0;
3823         } else {
3824                 /*
3825                  * Increment the counters.
3826                  */
3827                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3828                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3829                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3830         }
3831
3832         /*
3833          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3834          */
3835         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
3836                 if (pv == NULL) {
3837                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3838                         pv->pv_va = va;
3839                 }
3840                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3841                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3842                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3843         }
3844
3845         /*
3846          * Update the PTE.
3847          */
3848         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3849 validate:
3850                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3851                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
3852                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#x", va));
3853                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
3854                     (PG_M | PG_RW)) {
3855                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3856                                 vm_page_dirty(m);
3857
3858                         /*
3859                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3860                          * invalidation may nonetheless be required because
3861                          * the PTE no longer has PG_M set.
3862                          */
3863                 }
3864 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3865                 else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3866                         /*
3867                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3868                          */
3869                         goto unchanged;
3870                 }
3871 #endif
3872                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3873                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
3874         } else
3875                 pte_store_zero(pte, newpte);
3876
3877 unchanged:
3878
3879 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3880         /*
3881          * If both the page table page and the reservation are fully
3882          * populated, then attempt promotion.
3883          */
3884         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
3885             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3886             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3887                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3888 #endif
3889
3890         rv = KERN_SUCCESS;
3891 out:
3892         sched_unpin();
3893         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3894         PMAP_UNLOCK(pmap);
3895         return (rv);
3896 }
3897
3898 /*
3899  * Tries to create a read- and/or execute-only 2 or 4 MB page mapping.  Returns
3900  * true if successful.  Returns false if (1) a mapping already exists at the
3901  * specified virtual address or (2) a PV entry cannot be allocated without
3902  * reclaiming another PV entry.
3903  */
3904 static bool
3905 pmap_enter_4mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3906 {
3907         pd_entry_t newpde;
3908
3909         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3910         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
3911             PG_PS | PG_V;
3912         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3913                 newpde |= PG_MANAGED;
3914 #ifdef PMAP_PAE_COMP
3915         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
3916                 newpde |= pg_nx;
3917 #endif
3918         if (pmap != kernel_pmap)
3919                 newpde |= PG_U;
3920         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
3921             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL) ==
3922             KERN_SUCCESS);
3923 }
3924
3925 /*
3926  * Returns true if every page table entry in the page table page that maps
3927  * the specified kernel virtual address is zero.
3928  */
3929 static bool
3930 pmap_every_pte_zero(vm_offset_t va)
3931 {
3932         pt_entry_t *pt_end, *pte;
3933
3934         KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("va is misaligned"));
3935         pte = vtopte(va);
3936         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
3937                 if (*pte != 0)
3938                         return (false);
3939         }
3940         return (true);
3941 }
3942
3943 /*
3944  * Tries to create the specified 2 or 4 MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS
3945  * if the mapping was created, and either KERN_FAILURE or
3946  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE otherwise.  Returns KERN_FAILURE if
3947  * PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and a mapping already exists at the
3948  * specified virtual address.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
3949  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
3950  *
3951  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
3952  */
3953 static int
3954 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
3955     vm_page_t m)
3956 {
3957         struct spglist free;
3958         pd_entry_t oldpde, *pde;
3959         vm_page_t mt;
3960
3961         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3962         KASSERT((newpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3963             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
3964         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
3965             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
3966         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3967         pde = pmap_pde(pmap, va);
3968         oldpde = *pde;
3969         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
3970                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (pmap !=
3971                     kernel_pmap || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
3972                     !pmap_every_pte_zero(va))) {
3973                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3974                             " in pmap %p", va, pmap);
3975                         return (KERN_FAILURE);
3976                 }
3977                 /* Break the existing mapping(s). */
3978                 SLIST_INIT(&free);
3979                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
3980                         /*
3981                          * If the PDE resulted from a promotion, then a
3982                          * reserved PT page could be freed.
3983                          */
3984                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free);
3985                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3986                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
3987                 } else {
3988                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, &free))
3989                                pmap_invalidate_all_int(pmap);
3990                 }
3991                 if (pmap != kernel_pmap) {
3992                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3993                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
3994                             pde));
3995                 } else {
3996                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
3997                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
3998
3999                         /*
4000                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
4001                          * leave the kernel page table page zero filled.
4002                          */
4003                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4004                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
4005                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4006                 }
4007         }
4008         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
4009                 /*
4010                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
4011                  */
4012                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags)) {
4013                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4014                             " in pmap %p", va, pmap);
4015                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4016                 }
4017                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
4018                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4019                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
4020                 }
4021         }
4022
4023         /*
4024          * Increment counters.
4025          */
4026         if ((newpde & PG_W) != 0)
4027                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4028         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
4029
4030         /*
4031          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
4032          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
4033          */
4034         pde_store(pde, newpde);
4035
4036         pmap_pde_mappings++;
4037         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4038             va, pmap);
4039         return (KERN_SUCCESS);
4040 }
4041
4042 /*
4043  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
4044  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
4045  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
4046  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
4047  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
4048  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
4049  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
4050  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
4051  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
4052  * corresponding offset from m_start are mapped.
4053  */
4054 static void
4055 __CONCAT(PMTYPE, enter_object)(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
4056     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
4057 {
4058         vm_offset_t va;
4059         vm_page_t m, mpte;
4060         vm_pindex_t diff, psize;
4061
4062         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
4063
4064         psize = atop(end - start);
4065         mpte = NULL;
4066         m = m_start;
4067         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4068         PMAP_LOCK(pmap);
4069         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
4070                 va = start + ptoa(diff);
4071                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
4072                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
4073                     pmap_enter_4mpage(pmap, va, m, prot))
4074                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
4075                 else
4076                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4077                             mpte);
4078                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4079         }
4080         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4081         PMAP_UNLOCK(pmap);
4082 }
4083
4084 /*
4085  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4086  * 1. Current pmap & pmap exists.
4087  * 2. Not wired.
4088  * 3. Read access.
4089  * 4. No page table pages.
4090  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4091  */
4092
4093 static void
4094 __CONCAT(PMTYPE, enter_quick)(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4095     vm_prot_t prot)
4096 {
4097
4098         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4099         PMAP_LOCK(pmap);
4100         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
4101         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4102         PMAP_UNLOCK(pmap);
4103 }
4104
4105 static vm_page_t
4106 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4107     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
4108 {
4109         pt_entry_t newpte, *pte;
4110
4111         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
4112             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4113             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4114         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4115         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4116
4117         /*
4118          * In the case that a page table page is not
4119          * resident, we are creating it here.
4120          */
4121         if (pmap != kernel_pmap) {
4122                 u_int ptepindex;
4123                 pd_entry_t ptepa;
4124
4125                 /*
4126                  * Calculate pagetable page index
4127                  */
4128                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
4129                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4130                         mpte->ref_count++;
4131                 } else {
4132                         /*
4133                          * Get the page directory entry
4134                          */
4135                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
4136
4137                         /*
4138                          * If the page table page is mapped, we just increment
4139                          * the hold count, and activate it.
4140                          */
4141                         if (ptepa) {
4142                                 if (ptepa & PG_PS)
4143                                         return (NULL);
4144                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
4145                                 mpte->ref_count++;
4146                         } else {
4147                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
4148                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4149                                 if (mpte == NULL)
4150                                         return (mpte);
4151                         }
4152                 }
4153         } else {
4154                 mpte = NULL;
4155         }
4156
4157         sched_pin();
4158         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4159         if (*pte) {
4160                 if (mpte != NULL)
4161                         mpte->ref_count--;
4162                 sched_unpin();
4163                 return (NULL);
4164         }
4165
4166         /*
4167          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4168          */
4169         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4170             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
4171                 if (mpte != NULL)
4172                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
4173                 sched_unpin();
4174                 return (NULL);
4175         }
4176
4177         /*
4178          * Increment counters
4179          */
4180         pmap->pm_stats.resident_count++;
4181
4182         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
4183             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
4184         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4185                 newpte |= PG_MANAGED;
4186 #ifdef PMAP_PAE_COMP
4187         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 && !i386_read_exec)
4188                 newpte |= pg_nx;
4189 #endif
4190         if (pmap != kernel_pmap)
4191                 newpte |= PG_U;
4192         pte_store_zero(pte, newpte);
4193         sched_unpin();
4194         return (mpte);
4195 }
4196
4197 /*
4198  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4199  * to be used for panic dumps.
4200  */
4201 static void *
4202 __CONCAT(PMTYPE, kenter_temporary)(vm_paddr_t pa, int i)
4203 {
4204         vm_offset_t va;
4205
4206         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4207         pmap_kenter(va, pa);
4208         invlpg(va);
4209         return ((void *)crashdumpmap);
4210 }
4211
4212 /*
4213  * This code maps large physical mmap regions into the
4214  * processor address space.  Note that some shortcuts
4215  * are taken, but the code works.
4216  */
4217 static void
4218 __CONCAT(PMTYPE, object_init_pt)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr,
4219     vm_object_t object, vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4220 {
4221         pd_entry_t *pde;
4222         vm_paddr_t pa, ptepa;
4223         vm_page_t p;
4224         int pat_mode;
4225
4226         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4227         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4228             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4229         if (pg_ps_enabled &&
4230             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4231                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4232                         return;
4233                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4234                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4235                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4236                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4237
4238                 /*
4239                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4240                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4241                  */
4242                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4243                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4244                         return;
4245
4246                 /*
4247                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4248                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4249                  * memory attributes.
4250                  */
4251                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4252                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4253                     pa += PAGE_SIZE) {
4254                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4255                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4256                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4257                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4258                                 return;
4259                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4260                 }
4261
4262                 /*
4263                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4264                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4265                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4266                  */
4267                 PMAP_LOCK(pmap);
4268                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
4269                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
4270                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4271                         if (*pde == 0) {
4272                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4273                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4274                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4275                                     PAGE_SIZE;
4276                                 pmap_pde_mappings++;
4277                         }
4278                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4279                         addr += NBPDR;
4280                 }
4281                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4282         }
4283 }
4284
4285 /*
4286  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4287  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4288  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4289  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4290  *
4291  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4292  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4293  */
4294 static void
4295 __CONCAT(PMTYPE, unwire)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4296 {
4297         vm_offset_t pdnxt;
4298         pd_entry_t *pde;
4299         pt_entry_t *pte;
4300         boolean_t pv_lists_locked;
4301
4302         if (pmap_is_current(pmap))
4303                 pv_lists_locked = FALSE;
4304         else {
4305                 pv_lists_locked = TRUE;
4306 resume:
4307                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4308                 sched_pin();
4309         }
4310         PMAP_LOCK(pmap);
4311         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4312                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4313                 if (pdnxt < sva)
4314                         pdnxt = eva;
4315                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4316                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4317                         continue;
4318                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4319                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4320                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4321                                     (uintmax_t)*pde);
4322
4323                         /*
4324                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4325                          * demote the mapping and fall through.
4326                          */
4327                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4328                                 /*
4329                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4330                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4331                                  * significant 32 bits.
4332                                  */
4333                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4334                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4335                                     PAGE_SIZE;
4336                                 continue;
4337                         } else {
4338                                 if (!pv_lists_locked) {
4339                                         pv_lists_locked = TRUE;
4340                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4341                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4342                                                 /* Repeat sva. */
4343                                                 goto resume;
4344                                         }
4345                                         sched_pin();
4346                                 }
4347                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4348                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4349                         }
4350                 }
4351                 if (pdnxt > eva)
4352                         pdnxt = eva;
4353                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4354                     sva += PAGE_SIZE) {
4355                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4356                                 continue;
4357                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4358                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4359                                     (uintmax_t)*pte);
4360
4361                         /*
4362                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4363                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4364                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4365                          *
4366                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4367                          */
4368                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4369                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4370                 }
4371         }
4372         if (pv_lists_locked) {
4373                 sched_unpin();
4374                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4375         }
4376         PMAP_UNLOCK(pmap);
4377 }
4378
4379
4380 /*
4381  *      Copy the range specified by src_addr/len
4382  *      from the source map to the range dst_addr/len
4383  *      in the destination map.
4384  *
4385  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4386  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4387  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4388  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4389  *      world.
4390  */
4391
4392 static void
4393 __CONCAT(PMTYPE, copy)(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr,
4394     vm_size_t len, vm_offset_t src_addr)
4395 {
4396         pt_entry_t *src_pte, *dst_pte, ptetemp;
4397         pd_entry_t srcptepaddr;
4398         vm_page_t dstmpte, srcmpte;
4399         vm_offset_t addr, end_addr, pdnxt;
4400         u_int ptepindex;
4401
4402         if (dst_addr != src_addr)
4403                 return;
4404
4405         end_addr = src_addr + len;
4406
4407         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4408         if (dst_pmap < src_pmap) {
4409                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4410                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4411         } else {
4412                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4413                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4414         }
4415         sched_pin();
4416         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
4417                 KASSERT(addr < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
4418                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy the trampoline"));
4419
4420                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4421                 if (pdnxt < addr)
4422                         pdnxt = end_addr;
4423                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
4424
4425                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
4426                 if (srcptepaddr == 0)
4427                         continue;
4428
4429                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4430                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4431                                 continue;
4432                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
4433                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4434                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
4435                             PMAP_ENTER_NORECLAIM))) {
4436                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
4437                                     ~PG_W;
4438                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
4439                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
4440                                 pmap_pde_mappings++;
4441                         }
4442                         continue;
4443                 }
4444
4445                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
4446                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
4447                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4448
4449                 if (pdnxt > end_addr)
4450                         pdnxt = end_addr;
4451
4452                 src_pte = pmap_pte_quick3(src_pmap, addr);
4453                 while (addr < pdnxt) {
4454                         ptetemp = *src_pte;
4455                         /*
4456                          * we only virtual copy managed pages
4457                          */
4458                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4459                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
4460                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
4461                                 if (dstmpte == NULL)
4462                                         goto out;
4463                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
4464                                 if (*dst_pte == 0 &&
4465                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4466                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
4467                                         /*
4468                                          * Clear the wired, modified, and
4469                                          * accessed (referenced) bits
4470                                          * during the copy.
4471                                          */
4472                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4473                                             PG_A);
4474                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
4475                                 } else {
4476                                         pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
4477                                         goto out;
4478                                 }
4479                                 if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
4480                                         break;
4481                         }
4482                         addr += PAGE_SIZE;
4483                         src_pte++;
4484                 }
4485         }
4486 out:
4487         sched_unpin();
4488         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4489         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4490         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4491 }
4492
4493 /*
4494  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4495  */
4496 static __inline void
4497 pagezero(void *page)
4498 {
4499 #if defined(I686_CPU)
4500         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4501                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4502                         sse2_pagezero(page);
4503                 else
4504                         i686_pagezero(page);
4505         } else
4506 #endif
4507                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4508 }
4509
4510 /*
4511  * Zero the specified hardware page.
4512  */
4513 static void
4514 __CONCAT(PMTYPE, zero_page)(vm_page_t m)
4515 {
4516         pt_entry_t *cmap_pte2;
4517         struct pcpu *pc;
4518
4519         sched_pin();
4520         pc = get_pcpu();
4521         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4522         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4523         if (*cmap_pte2)
4524                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4525         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4526             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4527         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4528         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4529         *cmap_pte2 = 0;
4530
4531         /*
4532          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4533          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4534          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4535          */
4536         sched_unpin();
4537         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4538 }
4539
4540 /*
4541  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4542  * cover an area beyond a single hardware page.
4543  */
4544 static void
4545 __CONCAT(PMTYPE, zero_page_area)(vm_page_t m, int off, int size)
4546 {
4547         pt_entry_t *cmap_pte2;
4548         struct pcpu *pc;
4549
4550         sched_pin();
4551         pc = get_pcpu();
4552         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4553         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4554         if (*cmap_pte2)
4555                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4556         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4557             pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
4558         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4559         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4560                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4561         else
4562                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4563         *cmap_pte2 = 0;
4564         sched_unpin();
4565         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4566 }
4567
4568 /*
4569  * Copy 1 specified hardware page to another.
4570  */
4571 static void
4572 __CONCAT(PMTYPE, copy_page)(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4573 {
4574         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4575         struct pcpu *pc;
4576
4577         sched_pin();
4578         pc = get_pcpu();
4579         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4580         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4581         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4582         if (*cmap_pte1)
4583                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4584         if (*cmap_pte2)
4585                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4586         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4587             pmap_cache_bits(kernel_pmap, src->md.pat_mode, 0);
4588         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4589         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4590             pmap_cache_bits(kernel_pmap, dst->md.pat_mode, 0);
4591         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4592         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4593         *cmap_pte1 = 0;
4594         *cmap_pte2 = 0;
4595         sched_unpin();
4596         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4597 }
4598
4599 static void
4600 __CONCAT(PMTYPE, copy_pages)(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset,
4601     vm_page_t mb[], vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4602 {
4603         vm_page_t a_pg, b_pg;
4604         char *a_cp, *b_cp;
4605         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4606         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4607         struct pcpu *pc;
4608         int cnt;
4609
4610         sched_pin();
4611         pc = get_pcpu();
4612         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4613         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4614         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4615         if (*cmap_pte1 != 0)
4616                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4617         if (*cmap_pte2 != 0)
4618                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4619         while (xfersize > 0) {
4620                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4621                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4622                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4623                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4624                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4625                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4626                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4627                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, a_pg->md.pat_mode, 0);
4628                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4629                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4630                     PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, b_pg->md.pat_mode, 0);
4631                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4632                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4633                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4634                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4635                 a_offset += cnt;
4636                 b_offset += cnt;
4637                 xfersize -= cnt;
4638         }
4639         *cmap_pte1 = 0;
4640         *cmap_pte2 = 0;
4641         sched_unpin();
4642         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4643 }
4644
4645 /*
4646  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4647  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4648  * be changed upwards or downwards in the future; it
4649  * is only necessary that true be returned for a small
4650  * subset of pmaps for proper page aging.
4651  */
4652 static boolean_t
4653 __CONCAT(PMTYPE, page_exists_quick)(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4654 {
4655         struct md_page *pvh;
4656         pv_entry_t pv;
4657         int loops = 0;
4658         boolean_t rv;
4659
4660         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4661             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4662         rv = FALSE;
4663         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4664         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4665                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4666                         rv = TRUE;
4667                         break;
4668                 }
4669                 loops++;
4670                 if (loops >= 16)
4671                         break;
4672         }
4673         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4674                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4675                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4676                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4677                                 rv = TRUE;
4678                                 break;
4679                         }
4680                         loops++;
4681                         if (loops >= 16)
4682                                 break;
4683                 }
4684         }
4685         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4686         return (rv);
4687 }
4688
4689 /*
4690  *      pmap_page_wired_mappings:
4691  *
4692  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4693  *      that are wired.
4694  */
4695 static int
4696 __CONCAT(PMTYPE, page_wired_mappings)(vm_page_t m)
4697 {
4698         int count;
4699
4700         count = 0;
4701         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4702                 return (count);
4703         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4704         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4705         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4706             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4707                 count);
4708         }
4709         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4710         return (count);
4711 }
4712
4713 /*
4714  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4715  *
4716  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4717  */
4718 static int
4719 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4720 {
4721         pmap_t pmap;
4722         pt_entry_t *pte;
4723         pv_entry_t pv;
4724
4725         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4726         sched_pin();
4727         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4728                 pmap = PV_PMAP(pv);
4729                 PMAP_LOCK(pmap);
4730                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4731                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4732                         count++;
4733                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4734         }
4735         sched_unpin();
4736         return (count);
4737 }
4738
4739 /*
4740  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4741  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4742  */
4743 static boolean_t
4744 __CONCAT(PMTYPE, page_is_mapped)(vm_page_t m)
4745 {
4746         boolean_t rv;
4747
4748         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4749                 return (FALSE);
4750         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4751         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4752             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4753             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4754         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4755         return (rv);
4756 }
4757
4758 /*
4759  * Remove all pages from specified address space
4760  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4761  * is special cased for current process only, but
4762  * can have the more generic (and slightly slower)
4763  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4764  * in the case of running down an entire address space.
4765  */
4766 static void
4767 __CONCAT(PMTYPE, remove_pages)(pmap_t pmap)
4768 {
4769         pt_entry_t *pte, tpte;
4770         vm_page_t m, mpte, mt;
4771         pv_entry_t pv;
4772         struct md_page *pvh;
4773         struct pv_chunk *pc, *npc;
4774         struct spglist free;
4775         int field, idx;
4776         int32_t bit;
4777         uint32_t inuse, bitmask;
4778         int allfree;
4779
4780         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4781                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4782                 return;
4783         }
4784         SLIST_INIT(&free);
4785         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4786         PMAP_LOCK(pmap);
4787         sched_pin();
4788         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4789                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4790                     pc->pc_pmap));
4791                 allfree = 1;
4792                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4793                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4794                         while (inuse != 0) {
4795                                 bit = bsfl(inuse);
4796                                 bitmask = 1UL << bit;
4797                                 idx = field * 32 + bit;
4798                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4799                                 inuse &= ~bitmask;
4800
4801                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4802                                 tpte = *pte;
4803                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4804                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4805                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4806                                 }
4807
4808                                 if (tpte == 0) {
4809                                         printf(
4810                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4811                                             pte, pv->pv_va);
4812                                         panic("bad pte");
4813                                 }
4814
4815 /*
4816  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4817  */
4818                                 if (tpte & PG_W) {
4819                                         allfree = 0;
4820                                         continue;
4821                                 }
4822
4823                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4824                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4825                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4826                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4827                                     (uintmax_t)tpte));
4828
4829                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4830                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4831                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4832                                     (uintmax_t)tpte));
4833
4834                                 pte_clear(pte);
4835
4836                                 /*
4837                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4838                                  */
4839                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4840                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4841                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4842                                                         vm_page_dirty(mt);
4843                                         } else
4844                                                 vm_page_dirty(m);
4845                                 }
4846
4847                                 /* Mark free */
4848                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4849                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4850                                 pv_entry_count--;
4851                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4852                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4853                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4854                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4855                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4856                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4857                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4858                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4859                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4860                                         }
4861                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4862                                         if (mpte != NULL) {
4863                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4864                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
4865                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4866                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
4867                                                     ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
4868                                                 mpte->ref_count = 0;
4869                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4870                                         }
4871                                 } else {
4872                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4873                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4874                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4875                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4876                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4877                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4878                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4879                                         }
4880                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4881                                 }
4882                         }
4883                 }
4884                 if (allfree) {
4885                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4886                         free_pv_chunk(pc);
4887                 }
4888         }
4889         sched_unpin();
4890         pmap_invalidate_all_int(pmap);
4891         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4892         PMAP_UNLOCK(pmap);
4893         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4894 }
4895
4896 /*
4897  *      pmap_is_modified:
4898  *
4899  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4900  *      in any physical maps.
4901  */
4902 static boolean_t
4903 __CONCAT(PMTYPE, is_modified)(vm_page_t m)
4904 {
4905         boolean_t rv;
4906
4907         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4908             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4909
4910         /*
4911          * If the page is not busied then this check is racy.
4912          */
4913         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4914                 return (FALSE);
4915         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4916         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4917             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4918             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4919         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4920         return (rv);
4921 }
4922
4923 /*
4924  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4925  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4926  * mappings are supported.
4927  */
4928 static boolean_t
4929 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4930 {
4931         pv_entry_t pv;
4932         pt_entry_t *pte;
4933         pmap_t pmap;
4934         boolean_t rv;
4935
4936         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4937         rv = FALSE;
4938         sched_pin();
4939         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4940                 pmap = PV_PMAP(pv);
4941                 PMAP_LOCK(pmap);
4942                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4943                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4944                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4945                 if (rv)
4946                         break;
4947         }
4948         sched_unpin();
4949         return (rv);
4950 }
4951
4952 /*
4953  *      pmap_is_prefaultable:
4954  *
4955  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4956  *      for prefault.
4957  */
4958 static boolean_t
4959 __CONCAT(PMTYPE, is_prefaultable)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4960 {
4961         pd_entry_t pde;
4962         boolean_t rv;
4963
4964         rv = FALSE;
4965         PMAP_LOCK(pmap);
4966         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
4967         if (pde != 0 && (pde & PG_PS) == 0)
4968                 rv = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde) == 0;
4969         PMAP_UNLOCK(pmap);
4970         return (rv);
4971 }
4972
4973 /*
4974  *      pmap_is_referenced:
4975  *
4976  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4977  *      in any physical maps.
4978  */
4979 static boolean_t
4980 __CONCAT(PMTYPE, is_referenced)(vm_page_t m)
4981 {
4982         boolean_t rv;
4983
4984         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4985             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4986         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4987         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4988             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4989             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4990         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4991         return (rv);
4992 }
4993
4994 /*
4995  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4996  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4997  */
4998 static boolean_t
4999 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
5000 {
5001         pv_entry_t pv;
5002         pt_entry_t *pte;
5003         pmap_t pmap;
5004         boolean_t rv;
5005
5006         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
5007         rv = FALSE;
5008         sched_pin();
5009         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5010                 pmap = PV_PMAP(pv);
5011                 PMAP_LOCK(pmap);
5012                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5013                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
5014                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5015                 if (rv)
5016                         break;
5017         }
5018         sched_unpin();
5019         return (rv);
5020 }
5021
5022 /*
5023  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
5024  */
5025 static void
5026 __CONCAT(PMTYPE, remove_write)(vm_page_t m)
5027 {
5028         struct md_page *pvh;
5029         pv_entry_t next_pv, pv;
5030         pmap_t pmap;
5031         pd_entry_t *pde;
5032         pt_entry_t oldpte, *pte;
5033         vm_offset_t va;
5034
5035         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5036             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
5037         vm_page_assert_busied(m);
5038
5039         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5040                 return;
5041         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5042         sched_pin();
5043         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5044                 goto small_mappings;
5045         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5046         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5047                 va = pv->pv_va;
5048                 pmap = PV_PMAP(pv);
5049                 PMAP_LOCK(pmap);
5050                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5051                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5052                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
5053                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5054         }
5055 small_mappings:
5056         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5057                 pmap = PV_PMAP(pv);
5058                 PMAP_LOCK(pmap);
5059                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5060                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
5061                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5062                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5063 retry:
5064                 oldpte = *pte;
5065                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
5066                         /*
5067                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5068                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5069                          * significant 32 bits.
5070                          */
5071                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
5072                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
5073                                 goto retry;
5074                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5075                                 vm_page_dirty(m);
5076                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5077                 }
5078                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5079         }
5080         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5081         sched_unpin();
5082         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5083 }
5084
5085 /*
5086  *      pmap_ts_referenced:
5087  *
5088  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5089  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5090  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5091  *      reference bits set.
5092  *
5093  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
5094  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
5095  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
5096  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
5097  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
5098  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
5099  *      to pmap_is_modified().
5100  */
5101 static int
5102 __CONCAT(PMTYPE, ts_referenced)(vm_page_t m)
5103 {
5104         struct md_page *pvh;
5105         pv_entry_t pv, pvf;
5106         pmap_t pmap;
5107         pd_entry_t *pde;
5108         pt_entry_t *pte;
5109         vm_paddr_t pa;
5110         int rtval = 0;
5111
5112         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5113             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5114         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5115         pvh = pa_to_pvh(pa);
5116         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5117         sched_pin();
5118         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5119             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5120                 goto small_mappings;
5121         pv = pvf;
5122         do {
5123                 pmap = PV_PMAP(pv);
5124                 PMAP_LOCK(pmap);
5125                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5126                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5127                         /*
5128                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
5129                          * this function is called at a 4KB page granularity,
5130                          * we only update the 4KB page under test.
5131                          */
5132                         vm_page_dirty(m);
5133                 }
5134                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5135                         /*
5136                          * Since this reference bit is shared by either 1024
5137                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
5138                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
5139                          * on the physical page number, the virtual superpage
5140                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
5141                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
5142                          * reference bit will result in clearing that bit.
5143                          * This function is designed to avoid the selection of
5144                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
5145                          *
5146                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5147                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5148                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5149                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5150                          * since the superpage is wired, the current state of
5151                          * its reference bit won't affect page replacement.
5152                          */
5153                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5154                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5155                             (*pde & PG_W) == 0) {
5156                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
5157                                 pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5158                         }
5159                         rtval++;
5160                 }
5161                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5162                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5163                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5164                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5165                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5166                 }
5167                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5168                         goto out;
5169         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5170 small_mappings:
5171         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5172                 goto out;
5173         pv = pvf;
5174         do {
5175                 pmap = PV_PMAP(pv);
5176                 PMAP_LOCK(pmap);
5177                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5178                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5179                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
5180                     m));
5181                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5182                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5183                         vm_page_dirty(m);
5184                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5185                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5186                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5187                         rtval++;
5188                 }
5189                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5190                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5191                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5192                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5193                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5194                 }
5195         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
5196             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5197 out:
5198         sched_unpin();
5199         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5200         return (rtval);
5201 }
5202
5203 /*
5204  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5205  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5206  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5207  */
5208 static void
5209 __CONCAT(PMTYPE, advise)(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5210     int advice)
5211 {
5212         pd_entry_t oldpde, *pde;
5213         pt_entry_t *pte;
5214         vm_offset_t va, pdnxt;
5215         vm_page_t m;
5216         bool anychanged, pv_lists_locked;
5217
5218         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5219                 return;
5220         if (pmap_is_current(pmap))
5221                 pv_lists_locked = false;
5222         else {
5223                 pv_lists_locked = true;
5224 resume:
5225                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
5226                 sched_pin();
5227         }
5228         anychanged = false;
5229         PMAP_LOCK(pmap);
5230         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
5231                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5232                 if (pdnxt < sva)
5233                         pdnxt = eva;
5234                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5235                 oldpde = *pde;
5236                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5237                         continue;
5238                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5239                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5240                                 continue;
5241                         if (!pv_lists_locked) {
5242                                 pv_lists_locked = true;
5243                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
5244                                         if (anychanged)
5245                                                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5246                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5247                                         goto resume;
5248                                 }
5249                                 sched_pin();
5250                         }
5251                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5252                                 /*
5253                                  * The large page mapping was destroyed.
5254                                  */
5255                                 continue;
5256                         }
5257
5258                         /*
5259                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5260                          * mapping to a single page so that a subsequent
5261                          * access may repromote.  Choosing the last page
5262                          * within the address range [sva, min(pdnxt, eva))
5263                          * generally results in more repromotions.  Since the
5264                          * underlying page table page is fully populated, this
5265                          * removal never frees a page table page.
5266                          */
5267                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5268                                 va = eva;
5269                                 if (va > pdnxt)
5270                                         va = pdnxt;
5271                                 va -= PAGE_SIZE;
5272                                 KASSERT(va >= sva,
5273                                     ("pmap_advise: no address gap"));
5274                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5275                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5276                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5277                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, NULL);
5278                                 anychanged = true;
5279                         }
5280                 }
5281                 if (pdnxt > eva)
5282                         pdnxt = eva;
5283                 va = pdnxt;
5284                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
5285                     sva += PAGE_SIZE) {
5286                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
5287                                 goto maybe_invlrng;
5288                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5289                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5290                                         /*
5291                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5292                                          * can be avoided by making the page
5293                                          * dirty now.
5294                                          */
5295                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5296                                         vm_page_dirty(m);
5297                                 }
5298                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
5299                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5300                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
5301                         else
5302                                 goto maybe_invlrng;
5303                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
5304                                 if (va == pdnxt)
5305                                         va = sva;
5306                         } else
5307                                 anychanged = true;
5308                         continue;
5309 maybe_invlrng:
5310                         if (va != pdnxt) {
5311                                 pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5312                                 va = pdnxt;
5313                         }
5314                 }
5315                 if (va != pdnxt)
5316                         pmap_invalidate_range_int(pmap, va, sva);
5317         }
5318         if (anychanged)
5319                 pmap_invalidate_all_int(pmap);
5320         if (pv_lists_locked) {
5321                 sched_unpin();
5322                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5323         }
5324         PMAP_UNLOCK(pmap);
5325 }
5326
5327 /*
5328  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5329  */
5330 static void
5331 __CONCAT(PMTYPE, clear_modify)(vm_page_t m)
5332 {
5333         struct md_page *pvh;
5334         pv_entry_t next_pv, pv;
5335         pmap_t pmap;
5336         pd_entry_t oldpde, *pde;
5337         pt_entry_t *pte;
5338         vm_offset_t va;
5339
5340         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5341             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5342         vm_page_assert_busied(m);
5343
5344         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
5345                 return;
5346         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5347         sched_pin();
5348         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5349                 goto small_mappings;
5350         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5351         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5352                 va = pv->pv_va;
5353                 pmap = PV_PMAP(pv);
5354                 PMAP_LOCK(pmap);
5355                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5356                 oldpde = *pde;
5357                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
5358                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
5359                     pmap_demote_pde(pmap, pde, va) &&
5360                     (oldpde & PG_W) == 0) {
5361                         /*
5362                          * Write protect the mapping to a single page so that
5363                          * a subsequent write access may repromote.
5364                          */
5365                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
5366                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5367                         /*
5368                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5369                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5370                          * significant 32 bits.
5371                          */
5372                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_RW);
5373                         vm_page_dirty(m);
5374                         pmap_invalidate_page_int(pmap, va);
5375                 }
5376                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5377         }
5378 small_mappings:
5379         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5380                 pmap = PV_PMAP(pv);
5381                 PMAP_LOCK(pmap);
5382                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5383                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5384                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5385                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5386                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5387                         /*
5388                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5389                          * in size, PG_M is among the least significant
5390                          * 32 bits. 
5391                          */
5392                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5393                         pmap_invalidate_page_int(pmap, pv->pv_va);
5394                 }
5395                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5396         }
5397         sched_unpin();
5398         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5399 }
5400
5401 /*
5402  * Miscellaneous support routines follow
5403  */
5404
5405 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5406 static __inline void
5407 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5408 {
5409         u_int opte, npte;
5410
5411         /*
5412          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5413          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5414          */
5415         do {
5416                 opte = *(u_int *)pte;
5417                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5418                 npte |= cache_bits;
5419         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5420 }
5421
5422 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5423 static __inline void
5424 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5425 {
5426         u_int opde, npde;
5427
5428         /*
5429          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5430          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5431          */
5432         do {
5433                 opde = *(u_int *)pde;
5434                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5435                 npde |= cache_bits;
5436         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5437 }
5438
5439 /*
5440  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5441  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5442  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5443  * NOT real memory.
5444  */
5445 static void *
5446 __CONCAT(PMTYPE, mapdev_attr)(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode,
5447     int flags)
5448 {
5449         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5450         vm_offset_t va, offset;
5451         vm_page_t m;
5452         vm_size_t tmpsize;
5453         int i;
5454
5455         offset = pa & PAGE_MASK;
5456         size = round_page(offset + size);
5457         pa = pa & PG_FRAME;
5458
5459         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW) {
5460                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5461                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0)
5462                         return ((void *)(va + offset));
5463         } else if (!pmap_initialized) {
5464                 va = 0;
5465                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5466                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5467                         if (ppim->va == 0) {
5468                                 ppim->pa = pa;
5469                                 ppim->sz = size;
5470                                 ppim->mode = mode;
5471                                 ppim->va = virtual_avail;
5472                                 virtual_avail += size;
5473                                 va = ppim->va;
5474                                 break;
5475                         }
5476                 }
5477                 if (va == 0)
5478                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5479         } else {
5480                 /*
5481                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5482                  */
5483                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5484                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5485                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5486                             (ppim->mode == mode ||
5487                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
5488                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5489                 }
5490                 va = kva_alloc(size);
5491                 if (va == 0)
5492                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5493         }
5494         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE) {
5495                 if ((flags & MAPDEV_SETATTR) == 0 && pmap_initialized) {
5496                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5497                         if (m != NULL && VM_PAGE_TO_PHYS(m) == pa) {
5498                                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize,
5499                                     m->md.pat_mode);
5500                                 continue;
5501                         }
5502                 }
5503                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5504         }
5505         pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5506         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
5507         return ((void *)(va + offset));
5508 }
5509
5510 static void
5511 __CONCAT(PMTYPE, unmapdev)(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5512 {
5513         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5514         vm_offset_t offset;
5515         int i;
5516
5517         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5518                 return;
5519         offset = va & PAGE_MASK;
5520         size = round_page(offset + size);
5521         va = trunc_page(va);
5522         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5523                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5524                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5525                         if (pmap_initialized)
5526                                 return;
5527                         ppim->pa = 0;
5528                         ppim->va = 0;
5529                         ppim->sz = 0;
5530                         ppim->mode = 0;
5531                         if (va + size == virtual_avail)
5532                                 virtual_avail = va;
5533                         return;
5534                 }
5535         }
5536         if (pmap_initialized)
5537                 kva_free(va, size);
5538 }
5539
5540 /*
5541  * Sets the memory attribute for the specified page.
5542  */
5543 static void
5544 __CONCAT(PMTYPE, page_set_memattr)(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5545 {
5546
5547         m->md.pat_mode = ma;
5548         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5549                 return;
5550
5551         /*
5552          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5553          * See pmap_invalidate_cache_range().
5554          *
5555          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5556          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5557          * flushes the cache.
5558          */    
5559         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5560                 return;
5561
5562         /*
5563          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5564          * support self snoop, map the page transient and do
5565          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5566          * pmap_invalidate_cache_range().
5567          */
5568         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5569                 pmap_flush_page(m);
5570 }
5571
5572 static void
5573 __CONCAT(PMTYPE, flush_page)(vm_page_t m)
5574 {
5575         pt_entry_t *cmap_pte2;
5576         struct pcpu *pc;
5577         vm_offset_t sva, eva;
5578         bool useclflushopt;
5579
5580         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5581         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5582                 sched_pin();
5583                 pc = get_pcpu();
5584                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5585                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5586                 if (*cmap_pte2)
5587                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5588                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5589                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode,
5590                     0);
5591                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5592                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5593                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5594
5595                 /*
5596                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5597                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5598                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5599                  * any other instruction.
5600                  */
5601                 if (useclflushopt)
5602                         sfence();
5603                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5604                         mfence();
5605                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5606                         if (useclflushopt)
5607                                 clflushopt(sva);
5608                         else
5609                                 clflush(sva);
5610                 }
5611                 if (useclflushopt)
5612                         sfence();
5613                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5614                         mfence();
5615                 *cmap_pte2 = 0;
5616                 sched_unpin();
5617                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5618         } else
5619                 pmap_invalidate_cache();
5620 }
5621
5622 /*
5623  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5624  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5625  * completely contained within either the kernel map.
5626  *
5627  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5628  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5629  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5630  * there was insufficient memory available to complete the change.
5631  */
5632 static int
5633 __CONCAT(PMTYPE, change_attr)(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5634 {
5635         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5636         pd_entry_t *pde;
5637         pt_entry_t *pte;
5638         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5639         boolean_t changed;
5640
5641         base = trunc_page(va);
5642         offset = va & PAGE_MASK;
5643         size = round_page(offset + size);
5644
5645         /*
5646          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5647          */
5648         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5649                 return (EINVAL);
5650
5651         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
5652         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
5653         changed = FALSE;
5654
5655         /*
5656          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5657          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5658          */
5659         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5660         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5661                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5662                 if (*pde == 0) {
5663                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5664                         return (EINVAL);
5665                 }
5666                 if (*pde & PG_PS) {
5667                         /*
5668                          * If the current 2/4MB page already has
5669                          * the required memory type, then we need not
5670                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5671                          * the next 2/4MB page frame.
5672                          */
5673                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5674                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5675                                 continue;
5676                         }
5677
5678                         /*
5679                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5680                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5681                          * within the range, then we need not break
5682                          * down this page into 4KB pages.
5683                          */
5684                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5685                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5686                                 tmpva += NBPDR;
5687                                 continue;
5688                         }
5689                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5690                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5691                                 return (ENOMEM);
5692                         }
5693                 }
5694                 pte = vtopte(tmpva);
5695                 if (*pte == 0) {
5696                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5697                         return (EINVAL);
5698                 }
5699                 tmpva += PAGE_SIZE;
5700         }
5701         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5702
5703         /*
5704          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5705          * cache mode if required.
5706          */
5707         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5708                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5709                 if (*pde & PG_PS) {
5710                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5711                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5712                                 changed = TRUE;
5713                         }
5714                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5715                 } else {
5716                         pte = vtopte(tmpva);
5717                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5718                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5719                                 changed = TRUE;
5720                         }
5721                         tmpva += PAGE_SIZE;
5722                 }
5723         }
5724
5725         /*
5726          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5727          * shouldn't be, etc.
5728          */
5729         if (changed) {
5730                 pmap_invalidate_range_int(kernel_pmap, base, tmpva);
5731                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5732         }
5733         return (0);
5734 }
5735
5736 /*
5737  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
5738  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
5739  * find other mappings.
5740  */
5741 static int
5742 __CONCAT(PMTYPE, mincore)(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
5743 {
5744         pd_entry_t pde;
5745         pt_entry_t pte;
5746         vm_paddr_t pa;
5747         int val;
5748
5749         PMAP_LOCK(pmap);
5750         pde = *pmap_pde(pmap, addr);
5751         if (pde != 0) {
5752                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
5753                         pte = pde;
5754                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5755                         pa = ((pde & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5756                             PG_FRAME;
5757                         val = MINCORE_SUPER;
5758                 } else {
5759                         pte = pmap_pte_ufast(pmap, addr, pde);
5760                         pa = pte & PG_FRAME;
5761                         val = 0;
5762                 }
5763         } else {
5764                 pte = 0;
5765                 pa = 0;
5766                 val = 0;
5767         }
5768         if ((pte & PG_V) != 0) {
5769                 val |= MINCORE_INCORE;
5770                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5771                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5772                 if ((pte & PG_A) != 0)
5773                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5774         }
5775         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5776             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5777             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5778                 *pap = pa;
5779         }
5780         PMAP_UNLOCK(pmap);
5781         return (val);
5782 }
5783
5784 static void
5785 __CONCAT(PMTYPE, activate)(struct thread *td)
5786 {
5787         pmap_t  pmap, oldpmap;
5788         u_int   cpuid;
5789         u_int32_t  cr3;
5790
5791         critical_enter();
5792         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5793         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5794         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5795 #if defined(SMP)
5796         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5797         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5798 #else
5799         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5800         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5801 #endif
5802 #ifdef PMAP_PAE_COMP
5803         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5804 #else
5805         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5806 #endif
5807         /*
5808          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5809          */
5810         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5811         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5812         critical_exit();
5813 }
5814
5815 static void
5816 __CONCAT(PMTYPE, activate_boot)(pmap_t pmap)
5817 {
5818         u_int cpuid;
5819
5820         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5821 #if defined(SMP)
5822         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5823 #else
5824         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5825 #endif
5826         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5827 }
5828
5829 /*
5830  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5831  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5832  */
5833 static void
5834 __CONCAT(PMTYPE, align_superpage)(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5835     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5836 {
5837         vm_offset_t superpage_offset;
5838
5839         if (size < NBPDR)
5840                 return;
5841         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5842                 offset += ptoa(object->pg_color);
5843         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5844         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5845             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5846                 return;
5847         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5848                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5849         else
5850                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5851 }
5852
5853 static vm_offset_t
5854 __CONCAT(PMTYPE, quick_enter_page)(vm_page_t m)
5855 {
5856         vm_offset_t qaddr;
5857         pt_entry_t *pte;
5858
5859         critical_enter();
5860         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5861         pte = vtopte(qaddr);
5862
5863         KASSERT(*pte == 0,
5864             ("pmap_quick_enter_page: PTE busy %#jx", (uintmax_t)*pte));
5865         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5866             pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(m), 0);
5867         invlpg(qaddr);
5868
5869         return (qaddr);
5870 }
5871
5872 static void
5873 __CONCAT(PMTYPE, quick_remove_page)(vm_offset_t addr)
5874 {
5875         vm_offset_t qaddr;
5876         pt_entry_t *pte;
5877
5878         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5879         pte = vtopte(qaddr);
5880
5881         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5882         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5883
5884         *pte = 0;
5885         critical_exit();
5886 }
5887
5888 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5889 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5890 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5891
5892 static int
5893 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5894     vmem_addr_t *addrp)
5895 {
5896         vm_page_t m;
5897         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5898         pt_entry_t *trm_pte;
5899
5900         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5901         size = round_page(size) + trm_guard;
5902         for (;;) {
5903                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5904                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5905                         return (ENOMEM);
5906                 addr = prev_addr + size;
5907                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5908                         break;
5909         }
5910         prev_addr += trm_guard;
5911         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5912         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5913                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5914                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5915                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5916                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5917                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5918         }
5919         *addrp = prev_addr;
5920         return (0);
5921 }
5922
5923 void
5924 pmap_init_trm(void)
5925 {
5926         vm_page_t pd_m;
5927
5928         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5929         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5930                 trm_guard = 0;
5931         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5932         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5933         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5934             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5935         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5936                 pmap_zero_page(pd_m);
5937         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5938             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5939 }
5940
5941 static void *
5942 __CONCAT(PMTYPE, trm_alloc)(size_t size, int flags)
5943 {
5944         vmem_addr_t res;
5945         int error;
5946
5947         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5948         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5949             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5950         if (error != 0)
5951                 return (NULL);
5952         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5953                 bzero((void *)res, size);
5954         return ((void *)res);
5955 }
5956
5957 static void
5958 __CONCAT(PMTYPE, trm_free)(void *addr, size_t size)
5959 {
5960
5961         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5962 }
5963
5964 static void
5965 __CONCAT(PMTYPE, ksetrw)(vm_offset_t va)
5966 {
5967
5968         *vtopte(va) |= PG_RW;
5969 }
5970
5971 static void
5972 __CONCAT(PMTYPE, remap_lowptdi)(bool enable)
5973 {
5974
5975         PTD[KPTDI] = enable ? PTD[LOWPTDI] : 0;
5976         invltlb_glob();
5977 }
5978
5979 static vm_offset_t
5980 __CONCAT(PMTYPE, get_map_low)(void)
5981 {
5982
5983         return (PMAP_MAP_LOW);
5984 }
5985
5986 static vm_offset_t
5987 __CONCAT(PMTYPE, get_vm_maxuser_address)(void)
5988 {
5989
5990         return (VM_MAXUSER_ADDRESS);
5991 }
5992
5993 static vm_paddr_t
5994 __CONCAT(PMTYPE, pg_frame)(vm_paddr_t pa)
5995 {
5996
5997         return (pa & PG_FRAME);
5998 }
5999
6000 static void
6001 __CONCAT(PMTYPE, sf_buf_map)(struct sf_buf *sf)
6002 {
6003         pt_entry_t opte, *ptep;
6004
6005         /*
6006          * Update the sf_buf's virtual-to-physical mapping, flushing the
6007          * virtual address from the TLB.  Since the reference count for
6008          * the sf_buf's old mapping was zero, that mapping is not
6009          * currently in use.  Consequently, there is no need to exchange
6010          * the old and new PTEs atomically, even under PAE.
6011          */
6012         ptep = vtopte(sf->kva);
6013         opte = *ptep;
6014         *ptep = VM_PAGE_TO_PHYS(sf->m) | PG_RW | PG_V |
6015             pmap_cache_bits(kernel_pmap, sf->m->md.pat_mode, 0);
6016
6017         /*
6018          * Avoid unnecessary TLB invalidations: If the sf_buf's old
6019          * virtual-to-physical mapping was not used, then any processor
6020          * that has invalidated the sf_buf's virtual address from its TLB
6021          * since the last used mapping need not invalidate again.
6022          */
6023 #ifdef SMP
6024         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6025                 CPU_ZERO(&sf->cpumask);
6026 #else
6027         if ((opte & (PG_V | PG_A)) ==  (PG_V | PG_A))
6028                 pmap_invalidate_page_int(kernel_pmap, sf->kva);
6029 #endif
6030 }
6031
6032 static void
6033 __CONCAT(PMTYPE, cp_slow0_map)(vm_offset_t kaddr, int plen, vm_page_t *ma)
6034 {
6035         pt_entry_t *pte;
6036         int i;
6037
6038         for (i = 0, pte = vtopte(kaddr); i < plen; i++, pte++) {
6039                 *pte = PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M | VM_PAGE_TO_PHYS(ma[i]) |
6040                     pmap_cache_bits(kernel_pmap, pmap_page_get_memattr(ma[i]),
6041                     FALSE);
6042                 invlpg(kaddr + ptoa(i));
6043         }
6044 }
6045
6046 static u_int
6047 __CONCAT(PMTYPE, get_kcr3)(void)
6048 {
6049
6050 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6051         return ((u_int)IdlePDPT);
6052 #else
6053         return ((u_int)IdlePTD);
6054 #endif
6055 }
6056
6057 static u_int
6058 __CONCAT(PMTYPE, get_cr3)(pmap_t pmap)
6059 {
6060
6061 #ifdef PMAP_PAE_COMP
6062         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdpt));
6063 #else
6064         return ((u_int)vtophys(pmap->pm_pdir));
6065 #endif
6066 }
6067
6068 static caddr_t
6069 __CONCAT(PMTYPE, cmap3)(vm_paddr_t pa, u_int pte_bits)
6070 {
6071         pt_entry_t *pte;
6072
6073         pte = CMAP3;
6074         *pte = pa | pte_bits;
6075         invltlb();
6076         return (CADDR3);
6077 }
6078
6079 static void
6080 __CONCAT(PMTYPE, basemem_setup)(u_int basemem)
6081 {
6082         pt_entry_t *pte;
6083         int i;
6084
6085         /*
6086          * Map pages between basemem and ISA_HOLE_START, if any, r/w into
6087          * the vm86 page table so that vm86 can scribble on them using
6088          * the vm86 map too.  XXX: why 2 ways for this and only 1 way for
6089          * page 0, at least as initialized here?
6090          */
6091         pte = (pt_entry_t *)vm86paddr;
6092         for (i = basemem / 4; i < 160; i++)
6093                 pte[i] = (i << PAGE_SHIFT) | PG_V | PG_RW | PG_U;
6094 }
6095
6096 struct bios16_pmap_handle {
6097         pt_entry_t      *pte;
6098         pd_entry_t      *ptd;
6099         pt_entry_t      orig_ptd;
6100 };
6101
6102 static void *
6103 __CONCAT(PMTYPE, bios16_enter)(void)
6104 {
6105         struct bios16_pmap_handle *h;
6106
6107         /*
6108          * no page table, so create one and install it.
6109          */
6110         h = malloc(sizeof(struct bios16_pmap_handle), M_TEMP, M_WAITOK);
6111         h->pte = (pt_entry_t *)malloc(PAGE_SIZE, M_TEMP, M_WAITOK);
6112         h->ptd = IdlePTD;
6113         *h->pte = vm86phystk | PG_RW | PG_V;
6114         h->orig_ptd = *h->ptd;
6115         *h->ptd = vtophys(h->pte) | PG_RW | PG_V;
6116         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);   /* XXX insurance for now */
6117         return (h);
6118 }
6119
6120 static void
6121 __CONCAT(PMTYPE, bios16_leave)(void *arg)
6122 {
6123         struct bios16_pmap_handle *h;
6124
6125         h = arg;
6126         *h->ptd = h->orig_ptd;          /* remove page table */
6127         /*
6128          * XXX only needs to be invlpg(0) but that doesn't work on the 386
6129          */
6130         pmap_invalidate_all_int(kernel_pmap);
6131         free(h->pte, M_TEMP);           /* ... and free it */
6132 }
6133
6134 struct pmap_kernel_map_range {
6135         vm_offset_t sva;
6136         pt_entry_t attrs;
6137         int ptes;
6138         int pdes;
6139         int pdpes;
6140 };
6141
6142 static void
6143 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6144     vm_offset_t eva)
6145 {
6146         const char *mode;
6147         int i, pat_idx;
6148
6149         if (eva <= range->sva)
6150                 return;
6151
6152         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
6153         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
6154                 if (pat_index[i] == pat_idx)
6155                         break;
6156
6157         switch (i) {
6158         case PAT_WRITE_BACK:
6159                 mode = "WB";
6160                 break;
6161         case PAT_WRITE_THROUGH:
6162                 mode = "WT";
6163                 break;
6164         case PAT_UNCACHEABLE:
6165                 mode = "UC";
6166                 break;
6167         case PAT_UNCACHED:
6168                 mode = "U-";
6169                 break;
6170         case PAT_WRITE_PROTECTED:
6171                 mode = "WP";
6172                 break;
6173         case PAT_WRITE_COMBINING:
6174                 mode = "WC";
6175                 break;
6176         default:
6177                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%08x-0x%08x\n",
6178                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
6179                 mode = "??";
6180                 break;
6181         }
6182
6183         sbuf_printf(sb, "0x%08x-0x%08x r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
6184             range->sva, eva,
6185             (range->attrs & PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
6186             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
6187             (range->attrs & PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
6188             (range->attrs & PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
6189             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
6190
6191         /* Reset to sentinel value. */
6192         range->sva = 0xffffffff;
6193 }
6194
6195 /*
6196  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
6197  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
6198  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
6199  */
6200 static bool
6201 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
6202 {
6203         pt_entry_t diff, mask;
6204
6205         mask = pg_nx | PG_G | PG_RW | PG_U | PG_PDE_CACHE;
6206         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
6207         if (diff == 0)
6208                 return (true);
6209         if ((diff & ~PG_PDE_PAT) == 0 &&
6210             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
6211             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
6212                 return (true);
6213         return (false);
6214 }
6215
6216 static void
6217 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
6218     pt_entry_t attrs)
6219 {
6220
6221         memset(range, 0, sizeof(*range));
6222         range->sva = va;
6223         range->attrs = attrs;
6224 }
6225
6226 /*
6227  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
6228  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
6229  * begin a new run.
6230  */
6231 static void
6232 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
6233     vm_offset_t va, pd_entry_t pde, pt_entry_t pte)
6234 {
6235         pt_entry_t attrs;
6236
6237         attrs = pde & (PG_RW | PG_U | pg_nx);
6238
6239         if ((pde & PG_PS) != 0) {
6240                 attrs |= pde & (PG_G | PG_PDE_CACHE);
6241         } else if (pte != 0) {
6242                 attrs |= pte & pg_nx;
6243                 attrs &= pg_nx | (pte & (PG_RW | PG_U));
6244                 attrs |= pte & (PG_G | PG_PTE_CACHE);
6245
6246                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
6247                 if ((attrs & PG_PTE_PAT) != 0)
6248                         attrs ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
6249         }
6250
6251         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
6252                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
6253                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
6254         }
6255 }
6256
6257 static int
6258 __CONCAT(PMTYPE, sysctl_kmaps)(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
6259 {
6260         struct pmap_kernel_map_range range;
6261         struct sbuf sbuf, *sb;
6262         pd_entry_t pde;
6263         pt_entry_t *pt, pte;
6264         vm_offset_t sva;
6265         vm_paddr_t pa;
6266         int error;
6267         u_int i, k;
6268
6269         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
6270         if (error != 0)
6271                 return (error);
6272         sb = &sbuf;
6273         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
6274
6275         /* Sentinel value. */
6276         range.sva = 0xffffffff;
6277
6278         /*
6279          * Iterate over the kernel page tables without holding the
6280          * kernel pmap lock.  Kernel page table pages are never freed,
6281          * so at worst we will observe inconsistencies in the output.
6282          */
6283         for (sva = 0, i = 0; i < NPTEPG * NPGPTD * NPDEPG ;) {
6284                 if (i == 0)
6285                         sbuf_printf(sb, "\nLow PDE:\n");
6286                 else if (i == LOWPTDI * NPTEPG)
6287                         sbuf_printf(sb, "Low PDE dup:\n");
6288                 else if (i == PTDPTDI * NPTEPG)
6289                         sbuf_printf(sb, "Recursive map:\n");
6290                 else if (i == KERNPTDI * NPTEPG)
6291                         sbuf_printf(sb, "Kernel base:\n");
6292                 else if (i == TRPTDI * NPTEPG)
6293                         sbuf_printf(sb, "Trampoline:\n");
6294                 pde = IdlePTD[sva >> PDRSHIFT];
6295                 if ((pde & PG_V) == 0) {
6296                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
6297                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6298                         sva += NBPDR;
6299                         i += NPTEPG;
6300                         continue;
6301                 }
6302                 pa = pde & PG_FRAME;
6303                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
6304                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, 0);
6305                         range.pdes++;
6306                         sva += NBPDR;
6307                         i += NPTEPG;
6308                         continue;
6309                 }
6310                 for (pt = vtopte(sva), k = 0; k < NPTEPG; i++, k++, pt++,
6311                     sva += PAGE_SIZE) {
6312                         pte = *pt;
6313                         if ((pte & PG_V) == 0) {
6314                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
6315                                 continue;
6316                         }
6317                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pde, pte);
6318                         range.ptes++;
6319                 }
6320         }
6321
6322         error = sbuf_finish(sb);
6323         sbuf_delete(sb);
6324         return (error);
6325 }
6326
6327 #define PMM(a)                                  \
6328         .pm_##a = __CONCAT(PMTYPE, a),
6329
6330 struct pmap_methods __CONCAT(PMTYPE, methods) = {
6331         PMM(ksetrw)
6332         PMM(remap_lower)
6333         PMM(remap_lowptdi)
6334         PMM(align_superpage)
6335         PMM(quick_enter_page)
6336         PMM(quick_remove_page)
6337         PMM(trm_alloc)
6338         PMM(trm_free)
6339         PMM(get_map_low)
6340         PMM(get_vm_maxuser_address)
6341         PMM(kextract)
6342         PMM(pg_frame)
6343         PMM(sf_buf_map)
6344         PMM(cp_slow0_map)
6345         PMM(get_kcr3)
6346         PMM(get_cr3)
6347         PMM(cmap3)
6348         PMM(basemem_setup)
6349         PMM(set_nx)
6350         PMM(bios16_enter)
6351         PMM(bios16_leave)
6352         PMM(bootstrap)
6353         PMM(is_valid_memattr)
6354         PMM(cache_bits)
6355         PMM(ps_enabled)
6356         PMM(pinit0)
6357         PMM(pinit)
6358         PMM(activate)
6359         PMM(activate_boot)
6360         PMM(advise)
6361         PMM(clear_modify)
6362         PMM(change_attr)
6363         PMM(mincore)
6364         PMM(copy)
6365         PMM(copy_page)
6366         PMM(copy_pages)
6367         PMM(zero_page)
6368         PMM(zero_page_area)
6369         PMM(enter)
6370         PMM(enter_object)
6371         PMM(enter_quick)
6372         PMM(kenter_temporary)
6373         PMM(object_init_pt)
6374         PMM(unwire)
6375         PMM(page_exists_quick)
6376         PMM(page_wired_mappings)
6377         PMM(page_is_mapped)
6378         PMM(remove_pages)
6379         PMM(is_modified)
6380         PMM(is_prefaultable)
6381         PMM(is_referenced)
6382         PMM(remove_write)
6383         PMM(ts_referenced)
6384         PMM(mapdev_attr)
6385         PMM(unmapdev)
6386         PMM(page_set_memattr)
6387         PMM(extract)
6388         PMM(extract_and_hold)
6389         PMM(map)
6390         PMM(qenter)
6391         PMM(qremove)
6392         PMM(release)
6393         PMM(remove)
6394         PMM(protect)
6395         PMM(remove_all)
6396         PMM(init)
6397         PMM(init_pat)
6398         PMM(growkernel)
6399         PMM(invalidate_page)
6400         PMM(invalidate_range)
6401         PMM(invalidate_all)
6402         PMM(invalidate_cache)
6403         PMM(flush_page)
6404         PMM(kenter)
6405         PMM(kremove)
6406         PMM(sysctl_kmaps)
6407 };