]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/9.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
MFC r226843
[FreeBSD/stable/9.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
9  * All rights reserved.
10  *
11  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
12  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
13  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
14  *
15  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
16  * modification, are permitted provided that the following conditions
17  * are met:
18  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
20  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
22  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
23  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
24  *    must display the following acknowledgement:
25  *      This product includes software developed by the University of
26  *      California, Berkeley and its contributors.
27  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
28  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
29  *    without specific prior written permission.
30  *
31  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
32  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
33  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
34  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
35  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
36  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
37  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
38  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
39  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
40  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
41  * SUCH DAMAGE.
42  *
43  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
44  */
45 /*-
46  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
47  * All rights reserved.
48  *
49  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
50  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
51  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
52  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
53  * CHATS research program.
54  *
55  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
56  * modification, are permitted provided that the following conditions
57  * are met:
58  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
59  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
60  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
62  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
63  *
64  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
65  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
66  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
67  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
68  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
69  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
70  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
71  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
72  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
73  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
74  * SUCH DAMAGE.
75  */
76
77 #include <sys/cdefs.h>
78 __FBSDID("$FreeBSD$");
79
80 /*
81  *      Manages physical address maps.
82  *
83  *      In addition to hardware address maps, this
84  *      module is called upon to provide software-use-only
85  *      maps which may or may not be stored in the same
86  *      form as hardware maps.  These pseudo-maps are
87  *      used to store intermediate results from copy
88  *      operations to and from address spaces.
89  *
90  *      Since the information managed by this module is
91  *      also stored by the logical address mapping module,
92  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
93  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
94  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
95  *      requested.
96  *
97  *      In order to cope with hardware architectures which
98  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
99  *      this module may delay invalidate or reduced protection
100  *      operations until such time as they are actually
101  *      necessary.  This module is given full information as
102  *      to which processors are currently using which maps,
103  *      and to when physical maps must be made correct.
104  */
105
106 #include "opt_cpu.h"
107 #include "opt_pmap.h"
108 #include "opt_smp.h"
109 #include "opt_xbox.h"
110
111 #include <sys/param.h>
112 #include <sys/systm.h>
113 #include <sys/kernel.h>
114 #include <sys/ktr.h>
115 #include <sys/lock.h>
116 #include <sys/malloc.h>
117 #include <sys/mman.h>
118 #include <sys/msgbuf.h>
119 #include <sys/mutex.h>
120 #include <sys/proc.h>
121 #include <sys/sf_buf.h>
122 #include <sys/sx.h>
123 #include <sys/vmmeter.h>
124 #include <sys/sched.h>
125 #include <sys/sysctl.h>
126 #ifdef SMP
127 #include <sys/smp.h>
128 #else
129 #include <sys/cpuset.h>
130 #endif
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_reserv.h>
142 #include <vm/uma.h>
143
144 #include <machine/cpu.h>
145 #include <machine/cputypes.h>
146 #include <machine/md_var.h>
147 #include <machine/pcb.h>
148 #include <machine/specialreg.h>
149 #ifdef SMP
150 #include <machine/smp.h>
151 #endif
152
153 #ifdef XBOX
154 #include <machine/xbox.h>
155 #endif
156
157 #if !defined(CPU_DISABLE_SSE) && defined(I686_CPU)
158 #define CPU_ENABLE_SSE
159 #endif
160
161 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
162 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
163 #endif
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 /*
185  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
186  */
187 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
188 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
189
190 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
191 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
192 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
193 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
194 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
195
196 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
197     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
198 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
199
200 struct pmap kernel_pmap_store;
201 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
202 static struct pmaplist allpmaps;
203 static struct mtx allpmaps_lock;
204
205 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
206 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
207 int pgeflag = 0;                /* PG_G or-in */
208 int pseflag = 0;                /* PG_PS or-in */
209
210 static int nkpt = NKPT;
211 vm_offset_t kernel_vm_end = KERNBASE + NKPT * NBPDR;
212 extern u_int32_t KERNend;
213 extern u_int32_t KPTphys;
214
215 #ifdef PAE
216 pt_entry_t pg_nx;
217 static uma_zone_t pdptzone;
218 #endif
219
220 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
221
222 static int pat_works = 1;
223 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
224     "Is page attribute table fully functional?");
225
226 static int pg_ps_enabled = 1;
227 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
228     "Are large page mappings enabled?");
229
230 #define PAT_INDEX_SIZE  8
231 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
232
233 /*
234  * Data for the pv entry allocation mechanism
235  */
236 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
237 static struct md_page *pv_table;
238 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
239
240 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
241 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
242 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
243
244 /*
245  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
246  */
247 struct sysmaps {
248         struct  mtx lock;
249         pt_entry_t *CMAP1;
250         pt_entry_t *CMAP2;
251         caddr_t CADDR1;
252         caddr_t CADDR2;
253 };
254 static struct sysmaps sysmaps_pcpu[MAXCPU];
255 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
256 static pt_entry_t *CMAP3;
257 static pd_entry_t *KPTD;
258 caddr_t CADDR1 = 0, ptvmmap = 0;
259 static caddr_t CADDR3;
260 struct msgbuf *msgbufp = 0;
261
262 /*
263  * Crashdump maps.
264  */
265 static caddr_t crashdumpmap;
266
267 static pt_entry_t *PMAP1 = 0, *PMAP2;
268 static pt_entry_t *PADDR1 = 0, *PADDR2;
269 #ifdef SMP
270 static int PMAP1cpu;
271 static int PMAP1changedcpu;
272 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD, 
273            &PMAP1changedcpu, 0,
274            "Number of times pmap_pte_quick changed CPU with same PMAP1");
275 #endif
276 static int PMAP1changed;
277 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD, 
278            &PMAP1changed, 0,
279            "Number of times pmap_pte_quick changed PMAP1");
280 static int PMAP1unchanged;
281 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD, 
282            &PMAP1unchanged, 0,
283            "Number of times pmap_pte_quick didn't change PMAP1");
284 static struct mtx PMAP2mutex;
285
286 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
287 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t locked_pmap, int try);
288 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
289 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
290 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
291 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
292 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
293                     vm_offset_t va);
294 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
295
296 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
297 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
298     vm_prot_t prot);
299 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
300     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
301 static void pmap_flush_page(vm_page_t m);
302 static void pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
303 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
304 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
305 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
306 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
307 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
308 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
309 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
310 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
311 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
312     vm_prot_t prot);
313 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
314 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
315     vm_page_t *free);
316 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
317     vm_page_t *free);
318 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
319 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
320     vm_page_t *free);
321 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
322                                         vm_offset_t va);
323 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
324 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
325     vm_page_t m);
326 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
327     pd_entry_t newpde);
328 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
329
330 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags);
331
332 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, int flags);
333 static int _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_page_t *free);
334 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
335 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
336 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, vm_page_t *);
337 #ifdef PAE
338 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait);
339 #endif
340 static void pmap_set_pg(void);
341
342 static __inline void pagezero(void *page);
343
344 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
345 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
346
347 /*
348  * If you get an error here, then you set KVA_PAGES wrong! See the
349  * description of KVA_PAGES in sys/i386/include/pmap.h. It must be
350  * multiple of 4 for a normal kernel, or a multiple of 8 for a PAE.
351  */
352 CTASSERT(KERNBASE % (1 << 24) == 0);
353
354 /*
355  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
356  *
357  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
358  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
359  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
360  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
361  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
362  *      (physical) address starting relative to 0]
363  */
364 void
365 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr)
366 {
367         vm_offset_t va;
368         pt_entry_t *pte, *unused;
369         struct sysmaps *sysmaps;
370         int i;
371
372         /*
373          * Initialize the first available kernel virtual address.  However,
374          * using "firstaddr" may waste a few pages of the kernel virtual
375          * address space, because locore may not have mapped every physical
376          * page that it allocated.  Preferably, locore would provide a first
377          * unused virtual address in addition to "firstaddr".
378          */
379         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + firstaddr;
380
381         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
382
383         /*
384          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
385          */
386         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
387         kernel_pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *) (KERNBASE + (u_int)IdlePTD);
388 #ifdef PAE
389         kernel_pmap->pm_pdpt = (pdpt_entry_t *) (KERNBASE + (u_int)IdlePDPT);
390 #endif
391         kernel_pmap->pm_root = NULL;
392         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
393         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
394         LIST_INIT(&allpmaps);
395
396         /*
397          * Request a spin mutex so that changes to allpmaps cannot be
398          * preempted by smp_rendezvous_cpus().  Otherwise,
399          * pmap_update_pde_kernel() could access allpmaps while it is
400          * being changed.
401          */
402         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_SPIN);
403         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
404         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, kernel_pmap, pm_list);
405         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
406
407         /*
408          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
409          * mapping of pages.
410          */
411 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
412         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
413
414         va = virtual_avail;
415         pte = vtopte(va);
416
417         /*
418          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
419          * CMAP3 is used for the idle process page zeroing.
420          */
421         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
422                 sysmaps = &sysmaps_pcpu[i];
423                 mtx_init(&sysmaps->lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
424                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP1, sysmaps->CADDR1, 1)
425                 SYSMAP(caddr_t, sysmaps->CMAP2, sysmaps->CADDR2, 1)
426         }
427         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
428         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1)
429
430         /*
431          * Crashdump maps.
432          */
433         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
434
435         /*
436          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
437          */
438         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
439
440         /*
441          * msgbufp is used to map the system message buffer.
442          */
443         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
444
445         /*
446          * KPTmap is used by pmap_kextract().
447          *
448          * KPTmap is first initialized by locore.  However, that initial
449          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
450          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
451          */
452         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
453
454         for (i = 0; i < NKPT; i++)
455                 KPTD[i] = (KPTphys + (i << PAGE_SHIFT)) | pgeflag | PG_RW | PG_V;
456
457         /*
458          * Adjust the start of the KPTD and KPTmap so that the implementation
459          * of pmap_kextract() and pmap_growkernel() can be made simpler.
460          */
461         KPTD -= KPTDI;
462         KPTmap -= i386_btop(KPTDI << PDRSHIFT);
463
464         /*
465          * ptemap is used for pmap_pte_quick
466          */
467         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
468         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
469
470         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
471
472         virtual_avail = va;
473
474         /*
475          * Leave in place an identity mapping (virt == phys) for the low 1 MB
476          * physical memory region that is used by the ACPI wakeup code.  This
477          * mapping must not have PG_G set. 
478          */
479 #ifdef XBOX
480         /* FIXME: This is gross, but needed for the XBOX. Since we are in such
481          * an early stadium, we cannot yet neatly map video memory ... :-(
482          * Better fixes are very welcome! */
483         if (!arch_i386_is_xbox)
484 #endif
485         for (i = 1; i < NKPT; i++)
486                 PTD[i] = 0;
487
488         /* Initialize the PAT MSR if present. */
489         pmap_init_pat();
490
491         /* Turn on PG_G on kernel page(s) */
492         pmap_set_pg();
493 }
494
495 /*
496  * Setup the PAT MSR.
497  */
498 void
499 pmap_init_pat(void)
500 {
501         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
502         uint64_t pat_msr;
503         u_long cr0, cr4;
504         int i;
505
506         /* Set default PAT index table. */
507         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
508                 pat_table[i] = -1;
509         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
510         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
511         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
512         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
513         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
514         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
515
516         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
517         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
518                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
519                         pat_index[i] = pat_table[i];
520                 pat_works = 0;
521                 return;
522         }
523
524         /*
525          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
526          * PAT entries.
527          *
528          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
529          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
530          * or Mode C Paging)
531          *
532          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
533          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
534          */
535         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
536             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
537                 pat_works = 0;
538
539         /* Initialize default PAT entries. */
540         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
541             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
542             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
543             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
544             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
545             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
546             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
547             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
548
549         if (pat_works) {
550                 /*
551                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
552                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
553                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
554                  */
555                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
556                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
557                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
558                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
559                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
560                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
561         } else {
562                 /*
563                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
564                  */
565                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
566                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
567                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
568         }
569
570         /* Disable PGE. */
571         cr4 = rcr4();
572         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
573
574         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
575         cr0 = rcr0();
576         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
577
578         /* Flushes caches and TLBs. */
579         wbinvd();
580         invltlb();
581
582         /* Update PAT and index table. */
583         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
584         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
585                 pat_index[i] = pat_table[i];
586
587         /* Flush caches and TLBs again. */
588         wbinvd();
589         invltlb();
590
591         /* Restore caches and PGE. */
592         load_cr0(cr0);
593         load_cr4(cr4);
594 }
595
596 /*
597  * Set PG_G on kernel pages.  Only the BSP calls this when SMP is turned on.
598  */
599 static void
600 pmap_set_pg(void)
601 {
602         pt_entry_t *pte;
603         vm_offset_t va, endva;
604
605         if (pgeflag == 0)
606                 return;
607
608         endva = KERNBASE + KERNend;
609
610         if (pseflag) {
611                 va = KERNBASE + KERNLOAD;
612                 while (va  < endva) {
613                         pdir_pde(PTD, va) |= pgeflag;
614                         invltlb();      /* Play it safe, invltlb() every time */
615                         va += NBPDR;
616                 }
617         } else {
618                 va = (vm_offset_t)btext;
619                 while (va < endva) {
620                         pte = vtopte(va);
621                         if (*pte)
622                                 *pte |= pgeflag;
623                         invltlb();      /* Play it safe, invltlb() every time */
624                         va += PAGE_SIZE;
625                 }
626         }
627 }
628
629 /*
630  * Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
631  */
632 void
633 pmap_page_init(vm_page_t m)
634 {
635
636         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
637         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
638 }
639
640 #ifdef PAE
641 static void *
642 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait)
643 {
644
645         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
646         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
647         return ((void *)kmem_alloc_contig(kernel_map, bytes, wait, 0x0ULL,
648             0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
649 }
650 #endif
651
652 /*
653  * ABuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
654  * Requirements:
655  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
656  *    are ever set, PG_V in particular.
657  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
658  *    on PAE systems.  This should be ok.
659  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
660  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
661  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
662  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
663  */
664 static vm_offset_t
665 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
666 {
667         pt_entry_t *pte;
668         vm_offset_t va;
669
670         va = *head;
671         if (va == 0)
672                 return (va);    /* Out of memory */
673         pte = vtopte(va);
674         *head = *pte;
675         if (*head & PG_V)
676                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
677         *pte = 0;
678         return (va);
679 }
680
681 static void
682 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
683 {
684         pt_entry_t *pte;
685
686         if (va & PG_V)
687                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
688         pte = vtopte(va);
689         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
690         *head = va;
691 }
692
693 static void
694 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
695 {
696         int i;
697         vm_offset_t va;
698
699         *head = 0;
700         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
701                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
702                 pmap_ptelist_free(head, va);
703         }
704 }
705
706
707 /*
708  *      Initialize the pmap module.
709  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
710  *      system needs to map virtual memory.
711  */
712 void
713 pmap_init(void)
714 {
715         vm_page_t mpte;
716         vm_size_t s;
717         int i, pv_npg;
718
719         /*
720          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
721          * page table pages.
722          */ 
723         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
724                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
725                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
726                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
727                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
728                 mpte->pindex = i + KPTDI;
729                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
730         }
731
732         /*
733          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
734          * high water mark so that the system can recover from excessive
735          * numbers of pv entries.
736          */
737         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
738         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + cnt.v_page_count;
739         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
740         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
741         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
742
743         /*
744          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
745          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
746          * machine monitor.
747          */
748         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
749             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
750                 workaround_erratum383 = 1;
751
752         /*
753          * Are large page mappings supported and enabled?
754          */
755         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
756         if (pseflag == 0)
757                 pg_ps_enabled = 0;
758         else if (pg_ps_enabled) {
759                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
760                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
761                 pagesizes[1] = NBPDR;
762         }
763
764         /*
765          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
766          */
767         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
768         pv_npg = round_4mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
769
770         /*
771          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
772          */
773         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
774         s = round_page(s);
775         pv_table = (struct md_page *)kmem_alloc(kernel_map, s);
776         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
777                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
778
779         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
780         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kmem_alloc_nofault(kernel_map,
781             PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
782         if (pv_chunkbase == NULL)
783                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
784         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
785 #ifdef PAE
786         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
787             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
788             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
789         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
790 #endif
791 }
792
793
794 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
795         "Max number of PV entries");
796 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
797         "Page share factor per proc");
798
799 SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
800     "2/4MB page mapping counters");
801
802 static u_long pmap_pde_demotions;
803 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
804     &pmap_pde_demotions, 0, "2/4MB page demotions");
805
806 static u_long pmap_pde_mappings;
807 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
808     &pmap_pde_mappings, 0, "2/4MB page mappings");
809
810 static u_long pmap_pde_p_failures;
811 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
812     &pmap_pde_p_failures, 0, "2/4MB page promotion failures");
813
814 static u_long pmap_pde_promotions;
815 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
816     &pmap_pde_promotions, 0, "2/4MB page promotions");
817
818 /***************************************************
819  * Low level helper routines.....
820  ***************************************************/
821
822 /*
823  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
824  * caching mode.
825  */
826 int
827 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
828 {
829         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
830
831         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
832                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
833
834         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
835         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
836
837         /* Map the caching mode to a PAT index. */
838         pat_idx = pat_index[mode];
839
840         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
841         cache_bits = 0;
842         if (pat_idx & 0x4)
843                 cache_bits |= pat_flag;
844         if (pat_idx & 0x2)
845                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
846         if (pat_idx & 0x1)
847                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
848         return (cache_bits);
849 }
850
851 /*
852  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
853  */
854 static void
855 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
856 {
857         pd_entry_t *pde;
858         pmap_t pmap;
859         boolean_t PTD_updated;
860
861         PTD_updated = FALSE;
862         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
863         LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
864                 if ((pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME) == (PTDpde[0] &
865                     PG_FRAME))
866                         PTD_updated = TRUE;
867                 pde = pmap_pde(pmap, va);
868                 pde_store(pde, newpde);
869         }
870         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
871         KASSERT(PTD_updated,
872             ("pmap_kenter_pde: current page table is not in allpmaps"));
873 }
874
875 /*
876  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
877  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
878  * calling processor's TLB is affected.
879  *
880  * The calling thread must be pinned to a processor.
881  */
882 static void
883 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
884 {
885         u_long cr4;
886
887         if ((newpde & PG_PS) == 0)
888                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
889                 invlpg(va);
890         else if ((newpde & PG_G) == 0)
891                 /*
892                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
893                  * because there are too many to flush individually.
894                  */
895                 invltlb();
896         else {
897                 /*
898                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
899                  * including any global (PG_G) mappings.
900                  */
901                 cr4 = rcr4();
902                 load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
903                 /*
904                  * Although preemption at this point could be detrimental to
905                  * performance, it would not lead to an error.  PG_G is simply
906                  * ignored if CR4.PGE is clear.  Moreover, in case this block
907                  * is re-entered, the load_cr4() either above or below will
908                  * modify CR4.PGE flushing the TLB.
909                  */
910                 load_cr4(cr4 | CR4_PGE);
911         }
912 }
913 #ifdef SMP
914 /*
915  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
916  *
917  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
918  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
919  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
920  * processor could cache an old, pre-update entry without being
921  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
922  * active on another processor after its pm_active field is checked by
923  * one of the following functions but before a store updating the page
924  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
925  * processor before its pm_active field is checked but due to
926  * speculative loads one of the following functions stills reads the
927  * pmap as inactive on the other processor.
928  * 
929  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
930  * immutable.  The kernel page table is always active on every
931  * processor.
932  */
933 void
934 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
935 {
936         cpuset_t other_cpus;
937         u_int cpuid;
938
939         sched_pin();
940         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
941                 invlpg(va);
942                 smp_invlpg(va);
943         } else {
944                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
945                 other_cpus = all_cpus;
946                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
947                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
948                         invlpg(va);
949                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
950                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
951                         smp_masked_invlpg(other_cpus, va);
952         }
953         sched_unpin();
954 }
955
956 void
957 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
958 {
959         cpuset_t other_cpus;
960         vm_offset_t addr;
961         u_int cpuid;
962
963         sched_pin();
964         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
965                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
966                         invlpg(addr);
967                 smp_invlpg_range(sva, eva);
968         } else {
969                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
970                 other_cpus = all_cpus;
971                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
972                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
973                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
974                                 invlpg(addr);
975                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
976                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
977                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, sva, eva);
978         }
979         sched_unpin();
980 }
981
982 void
983 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
984 {
985         cpuset_t other_cpus;
986         u_int cpuid;
987
988         sched_pin();
989         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
990                 invltlb();
991                 smp_invltlb();
992         } else {
993                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
994                 other_cpus = all_cpus;
995                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
996                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
997                         invltlb();
998                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
999                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1000                         smp_masked_invltlb(other_cpus);
1001         }
1002         sched_unpin();
1003 }
1004
1005 void
1006 pmap_invalidate_cache(void)
1007 {
1008
1009         sched_pin();
1010         wbinvd();
1011         smp_cache_flush();
1012         sched_unpin();
1013 }
1014
1015 struct pde_action {
1016         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1017         vm_offset_t va;
1018         pd_entry_t *pde;
1019         pd_entry_t newpde;
1020         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1021 };
1022
1023 static void
1024 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1025 {
1026         struct pde_action *act = arg;
1027         pd_entry_t *pde;
1028         pmap_t pmap;
1029
1030         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1031
1032                 /*
1033                  * Elsewhere, this operation requires allpmaps_lock for
1034                  * synchronization.  Here, it does not because it is being
1035                  * performed in the context of an all_cpus rendezvous.
1036                  */
1037                 LIST_FOREACH(pmap, &allpmaps, pm_list) {
1038                         pde = pmap_pde(pmap, act->va);
1039                         pde_store(pde, act->newpde);
1040                 }
1041         }
1042 }
1043
1044 static void
1045 pmap_update_pde_user(void *arg)
1046 {
1047         struct pde_action *act = arg;
1048
1049         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1050                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1051 }
1052
1053 static void
1054 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1055 {
1056         struct pde_action *act = arg;
1057
1058         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1059                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1060 }
1061
1062 /*
1063  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1064  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1065  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1066  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1067  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1068  * hardware error.
1069  */
1070 static void
1071 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1072 {
1073         struct pde_action act;
1074         cpuset_t active, other_cpus;
1075         u_int cpuid;
1076
1077         sched_pin();
1078         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1079         other_cpus = all_cpus;
1080         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1081         if (pmap == kernel_pmap)
1082                 active = all_cpus;
1083         else
1084                 active = pmap->pm_active;
1085         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1086                 act.store = cpuid;
1087                 act.invalidate = active;
1088                 act.va = va;
1089                 act.pde = pde;
1090                 act.newpde = newpde;
1091                 CPU_SET(cpuid, &active);
1092                 smp_rendezvous_cpus(active,
1093                     smp_no_rendevous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1094                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1095                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1096         } else {
1097                 if (pmap == kernel_pmap)
1098                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1099                 else
1100                         pde_store(pde, newpde);
1101                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1102                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1103         }
1104         sched_unpin();
1105 }
1106 #else /* !SMP */
1107 /*
1108  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1109  * We inline these within pmap.c for speed.
1110  */
1111 PMAP_INLINE void
1112 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1113 {
1114
1115         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1116                 invlpg(va);
1117 }
1118
1119 PMAP_INLINE void
1120 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1121 {
1122         vm_offset_t addr;
1123
1124         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1125                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1126                         invlpg(addr);
1127 }
1128
1129 PMAP_INLINE void
1130 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1131 {
1132
1133         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1134                 invltlb();
1135 }
1136
1137 PMAP_INLINE void
1138 pmap_invalidate_cache(void)
1139 {
1140
1141         wbinvd();
1142 }
1143
1144 static void
1145 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1146 {
1147
1148         if (pmap == kernel_pmap)
1149                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1150         else
1151                 pde_store(pde, newpde);
1152         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1153                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1154 }
1155 #endif /* !SMP */
1156
1157 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1158
1159 void
1160 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1161 {
1162
1163         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1164             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1165         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1166             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1167
1168         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1169                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1170         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1171             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1172
1173                 /*
1174                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1175                  * instruction to insure that previous stores are
1176                  * included in the write-back.  The processor
1177                  * propagates flush to other processors in the cache
1178                  * coherence domain.
1179                  */
1180                 mfence();
1181                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1182                         clflush(sva);
1183                 mfence();
1184         } else {
1185
1186                 /*
1187                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1188                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1189                  * Globally invalidate cache.
1190                  */
1191                 pmap_invalidate_cache();
1192         }
1193 }
1194
1195 void
1196 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1197 {
1198         int i;
1199
1200         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1201             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0) {
1202                 pmap_invalidate_cache();
1203         } else {
1204                 for (i = 0; i < count; i++)
1205                         pmap_flush_page(pages[i]);
1206         }
1207 }
1208
1209 /*
1210  * Are we current address space or kernel?  N.B. We return FALSE when
1211  * a pmap's page table is in use because a kernel thread is borrowing
1212  * it.  The borrowed page table can change spontaneously, making any
1213  * dependence on its continued use subject to a race condition.
1214  */
1215 static __inline int
1216 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1217 {
1218
1219         return (pmap == kernel_pmap ||
1220             (pmap == vmspace_pmap(curthread->td_proc->p_vmspace) &&
1221             (pmap->pm_pdir[PTDPTDI] & PG_FRAME) == (PTDpde[0] & PG_FRAME)));
1222 }
1223
1224 /*
1225  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1226  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1227  */
1228 pt_entry_t *
1229 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1230 {
1231         pd_entry_t newpf;
1232         pd_entry_t *pde;
1233
1234         pde = pmap_pde(pmap, va);
1235         if (*pde & PG_PS)
1236                 return (pde);
1237         if (*pde != 0) {
1238                 /* are we current address space or kernel? */
1239                 if (pmap_is_current(pmap))
1240                         return (vtopte(va));
1241                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1242                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1243                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1244                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1245                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
1246                 }
1247                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1248         }
1249         return (NULL);
1250 }
1251
1252 /*
1253  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1254  * being NULL.
1255  */
1256 static __inline void
1257 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1258 {
1259
1260         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1261                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1262 }
1263
1264 static __inline void
1265 invlcaddr(void *caddr)
1266 {
1267
1268         invlpg((u_int)caddr);
1269 }
1270
1271 /*
1272  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1273  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1274  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1275  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1276  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1277  *
1278  * If the given pmap is not the current pmap, vm_page_queue_mtx
1279  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1280  */
1281 static pt_entry_t *
1282 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1283 {
1284         pd_entry_t newpf;
1285         pd_entry_t *pde;
1286
1287         pde = pmap_pde(pmap, va);
1288         if (*pde & PG_PS)
1289                 return (pde);
1290         if (*pde != 0) {
1291                 /* are we current address space or kernel? */
1292                 if (pmap_is_current(pmap))
1293                         return (vtopte(va));
1294                 mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
1295                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1296                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1297                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1298                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1299 #ifdef SMP
1300                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1301 #endif
1302                         invlcaddr(PADDR1);
1303                         PMAP1changed++;
1304                 } else
1305 #ifdef SMP
1306                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1307                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1308                         invlcaddr(PADDR1);
1309                         PMAP1changedcpu++;
1310                 } else
1311 #endif
1312                         PMAP1unchanged++;
1313                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1314         }
1315         return (0);
1316 }
1317
1318 /*
1319  *      Routine:        pmap_extract
1320  *      Function:
1321  *              Extract the physical page address associated
1322  *              with the given map/virtual_address pair.
1323  */
1324 vm_paddr_t 
1325 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1326 {
1327         vm_paddr_t rtval;
1328         pt_entry_t *pte;
1329         pd_entry_t pde;
1330
1331         rtval = 0;
1332         PMAP_LOCK(pmap);
1333         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1334         if (pde != 0) {
1335                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1336                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1337                 else {
1338                         pte = pmap_pte(pmap, va);
1339                         rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1340                         pmap_pte_release(pte);
1341                 }
1342         }
1343         PMAP_UNLOCK(pmap);
1344         return (rtval);
1345 }
1346
1347 /*
1348  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1349  *      Function:
1350  *              Atomically extract and hold the physical page
1351  *              with the given pmap and virtual address pair
1352  *              if that mapping permits the given protection.
1353  */
1354 vm_page_t
1355 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1356 {
1357         pd_entry_t pde;
1358         pt_entry_t pte, *ptep;
1359         vm_page_t m;
1360         vm_paddr_t pa;
1361
1362         pa = 0;
1363         m = NULL;
1364         PMAP_LOCK(pmap);
1365 retry:
1366         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1367         if (pde != 0) {
1368                 if (pde & PG_PS) {
1369                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1370                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1371                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1372                                         goto retry;
1373                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1374                                     (va & PDRMASK));
1375                                 vm_page_hold(m);
1376                         }
1377                 } else {
1378                         ptep = pmap_pte(pmap, va);
1379                         pte = *ptep;
1380                         pmap_pte_release(ptep);
1381                         if (pte != 0 &&
1382                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1383                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1384                                     &pa))
1385                                         goto retry;
1386                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1387                                 vm_page_hold(m);
1388                         }
1389                 }
1390         }
1391         PA_UNLOCK_COND(pa);
1392         PMAP_UNLOCK(pmap);
1393         return (m);
1394 }
1395
1396 /***************************************************
1397  * Low level mapping routines.....
1398  ***************************************************/
1399
1400 /*
1401  * Add a wired page to the kva.
1402  * Note: not SMP coherent.
1403  *
1404  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1405  */
1406 PMAP_INLINE void 
1407 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1408 {
1409         pt_entry_t *pte;
1410
1411         pte = vtopte(va);
1412         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pgeflag);
1413 }
1414
1415 static __inline void
1416 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1417 {
1418         pt_entry_t *pte;
1419
1420         pte = vtopte(va);
1421         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pgeflag | pmap_cache_bits(mode, 0));
1422 }
1423
1424 /*
1425  * Remove a page from the kernel pagetables.
1426  * Note: not SMP coherent.
1427  *
1428  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1429  */
1430 PMAP_INLINE void
1431 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1432 {
1433         pt_entry_t *pte;
1434
1435         pte = vtopte(va);
1436         pte_clear(pte);
1437 }
1438
1439 /*
1440  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1441  *      virtual address space.
1442  *
1443  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1444  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1445  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1446  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1447  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1448  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1449  *      region.
1450  */
1451 vm_offset_t
1452 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1453 {
1454         vm_offset_t va, sva;
1455         vm_paddr_t superpage_offset;
1456         pd_entry_t newpde;
1457
1458         va = *virt;
1459         /*
1460          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1461          * least one superpage mapping to be created?
1462          */ 
1463         superpage_offset = start & PDRMASK;
1464         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1465                 /*
1466                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1467                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1468                  */
1469                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1470                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1471                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1472                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1473         }
1474         sva = va;
1475         while (start < end) {
1476                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1477                     pseflag) {
1478                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1479                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1480                         newpde = start | PG_PS | pgeflag | PG_RW | PG_V;
1481                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1482                         va += NBPDR;
1483                         start += NBPDR;
1484                 } else {
1485                         pmap_kenter(va, start);
1486                         va += PAGE_SIZE;
1487                         start += PAGE_SIZE;
1488                 }
1489         }
1490         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1491         *virt = va;
1492         return (sva);
1493 }
1494
1495
1496 /*
1497  * Add a list of wired pages to the kva
1498  * this routine is only used for temporary
1499  * kernel mappings that do not need to have
1500  * page modification or references recorded.
1501  * Note that old mappings are simply written
1502  * over.  The page *must* be wired.
1503  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1504  */
1505 void
1506 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1507 {
1508         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1509         vm_page_t m;
1510
1511         oldpte = 0;
1512         pte = vtopte(sva);
1513         endpte = pte + count;
1514         while (pte < endpte) {
1515                 m = *ma++;
1516                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1517                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1518                         oldpte |= *pte;
1519                         pte_store(pte, pa | pgeflag | PG_RW | PG_V);
1520                 }
1521                 pte++;
1522         }
1523         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1524                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1525                     PAGE_SIZE);
1526 }
1527
1528 /*
1529  * This routine tears out page mappings from the
1530  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1531  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1532  */
1533 void
1534 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1535 {
1536         vm_offset_t va;
1537
1538         va = sva;
1539         while (count-- > 0) {
1540                 pmap_kremove(va);
1541                 va += PAGE_SIZE;
1542         }
1543         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1544 }
1545
1546 /***************************************************
1547  * Page table page management routines.....
1548  ***************************************************/
1549 static __inline void
1550 pmap_free_zero_pages(vm_page_t free)
1551 {
1552         vm_page_t m;
1553
1554         while (free != NULL) {
1555                 m = free;
1556                 free = m->right;
1557                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1558                 vm_page_free_toq(m);
1559         }
1560 }
1561
1562 /*
1563  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1564  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1565  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1566  */
1567 static __inline void
1568 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, vm_page_t *free, boolean_t set_PG_ZERO)
1569 {
1570
1571         if (set_PG_ZERO)
1572                 m->flags |= PG_ZERO;
1573         else
1574                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1575         m->right = *free;
1576         *free = m;
1577 }
1578
1579 /*
1580  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1581  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1582  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1583  * ordered by this virtual address range.
1584  */
1585 static void
1586 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1587 {
1588         vm_page_t root;
1589
1590         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1591         root = pmap->pm_root;
1592         if (root == NULL) {
1593                 mpte->left = NULL;
1594                 mpte->right = NULL;
1595         } else {
1596                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, root);
1597                 if (mpte->pindex < root->pindex) {
1598                         mpte->left = root->left;
1599                         mpte->right = root;
1600                         root->left = NULL;
1601                 } else if (mpte->pindex == root->pindex)
1602                         panic("pmap_insert_pt_page: pindex already inserted");
1603                 else {
1604                         mpte->right = root->right;
1605                         mpte->left = root;
1606                         root->right = NULL;
1607                 }
1608         }
1609         pmap->pm_root = mpte;
1610 }
1611
1612 /*
1613  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1614  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1615  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1616  */
1617 static vm_page_t
1618 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1619 {
1620         vm_page_t mpte;
1621         vm_pindex_t pindex = va >> PDRSHIFT;
1622
1623         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1624         if ((mpte = pmap->pm_root) != NULL && mpte->pindex != pindex) {
1625                 mpte = vm_page_splay(pindex, mpte);
1626                 if ((pmap->pm_root = mpte)->pindex != pindex)
1627                         mpte = NULL;
1628         }
1629         return (mpte);
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1634  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1635  * the pmap's collection.
1636  */
1637 static void
1638 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1639 {
1640         vm_page_t root;
1641
1642         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1643         if (mpte != pmap->pm_root)
1644                 vm_page_splay(mpte->pindex, pmap->pm_root);
1645         if (mpte->left == NULL)
1646                 root = mpte->right;
1647         else {
1648                 root = vm_page_splay(mpte->pindex, mpte->left);
1649                 root->right = mpte->right;
1650         }
1651         pmap->pm_root = root;
1652 }
1653
1654 /*
1655  * This routine unholds page table pages, and if the hold count
1656  * drops to zero, then it decrements the wire count.
1657  */
1658 static __inline int
1659 pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1660 {
1661
1662         --m->wire_count;
1663         if (m->wire_count == 0)
1664                 return (_pmap_unwire_pte_hold(pmap, m, free));
1665         else
1666                 return (0);
1667 }
1668
1669 static int 
1670 _pmap_unwire_pte_hold(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_page_t *free)
1671 {
1672         vm_offset_t pteva;
1673
1674         /*
1675          * unmap the page table page
1676          */
1677         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1678         --pmap->pm_stats.resident_count;
1679
1680         /*
1681          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1682          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1683          * down is begun.
1684          */
1685         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1686
1687         /*
1688          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1689          * take effect immediately.
1690          */
1691         pteva = VM_MAXUSER_ADDRESS + i386_ptob(m->pindex);
1692         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1693
1694         /* 
1695          * Put page on a list so that it is released after
1696          * *ALL* TLB shootdown is done
1697          */
1698         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1699
1700         return (1);
1701 }
1702
1703 /*
1704  * After removing a page table entry, this routine is used to
1705  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1706  */
1707 static int
1708 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *free)
1709 {
1710         pd_entry_t ptepde;
1711         vm_page_t mpte;
1712
1713         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1714                 return (0);
1715         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1716         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1717         return (pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, free));
1718 }
1719
1720 /*
1721  * Initialize the pmap for the swapper process.
1722  */
1723 void
1724 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1725 {
1726
1727         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1728         /*
1729          * Since the page table directory is shared with the kernel pmap,
1730          * which is already included in the list "allpmaps", this pmap does
1731          * not need to be inserted into that list.
1732          */
1733         pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)(KERNBASE + (vm_offset_t)IdlePTD);
1734 #ifdef PAE
1735         pmap->pm_pdpt = (pdpt_entry_t *)(KERNBASE + (vm_offset_t)IdlePDPT);
1736 #endif
1737         pmap->pm_root = NULL;
1738         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1739         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1740         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1741         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1742 }
1743
1744 /*
1745  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1746  * such as one in a vmspace structure.
1747  */
1748 int
1749 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1750 {
1751         vm_page_t m, ptdpg[NPGPTD];
1752         vm_paddr_t pa;
1753         int i;
1754
1755         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1756
1757         /*
1758          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1759          * page directory table.
1760          */
1761         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1762                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kmem_alloc_nofault(kernel_map,
1763                     NBPTD);
1764                 if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1765                         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
1766                         return (0);
1767                 }
1768 #ifdef PAE
1769                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
1770                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
1771                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
1772                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
1773                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
1774                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
1775 #endif
1776                 pmap->pm_root = NULL;
1777         }
1778         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
1779             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
1780
1781         /*
1782          * allocate the page directory page(s)
1783          */
1784         for (i = 0; i < NPGPTD;) {
1785                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1786                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1787                 if (m == NULL)
1788                         VM_WAIT;
1789                 else {
1790                         ptdpg[i++] = m;
1791                 }
1792         }
1793
1794         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, ptdpg, NPGPTD);
1795
1796         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
1797                 if ((ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
1798                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
1799
1800         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
1801         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1802         /* Copy the kernel page table directory entries. */
1803         bcopy(PTD + KPTDI, pmap->pm_pdir + KPTDI, nkpt * sizeof(pd_entry_t));
1804         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
1805
1806         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1807         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
1808                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ptdpg[i]);
1809                 pmap->pm_pdir[PTDPTDI + i] = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1810 #ifdef PAE
1811                 pmap->pm_pdpt[i] = pa | PG_V;
1812 #endif
1813         }
1814
1815         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1816         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1817         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1818
1819         return (1);
1820 }
1821
1822 /*
1823  * this routine is called if the page table page is not
1824  * mapped correctly.
1825  */
1826 static vm_page_t
1827 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, int flags)
1828 {
1829         vm_paddr_t ptepa;
1830         vm_page_t m;
1831
1832         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1833             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1834             ("_pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1835
1836         /*
1837          * Allocate a page table page.
1838          */
1839         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1840             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1841                 if (flags & M_WAITOK) {
1842                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1843                         vm_page_unlock_queues();
1844                         VM_WAIT;
1845                         vm_page_lock_queues();
1846                         PMAP_LOCK(pmap);
1847                 }
1848
1849                 /*
1850                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1851                  * page may have been allocated.
1852                  */
1853                 return (NULL);
1854         }
1855         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1856                 pmap_zero_page(m);
1857
1858         /*
1859          * Map the pagetable page into the process address space, if
1860          * it isn't already there.
1861          */
1862
1863         pmap->pm_stats.resident_count++;
1864
1865         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1866         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
1867                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
1868
1869         return (m);
1870 }
1871
1872 static vm_page_t
1873 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int flags)
1874 {
1875         u_int ptepindex;
1876         pd_entry_t ptepa;
1877         vm_page_t m;
1878
1879         KASSERT((flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_NOWAIT ||
1880             (flags & (M_NOWAIT | M_WAITOK)) == M_WAITOK,
1881             ("pmap_allocpte: flags is neither M_NOWAIT nor M_WAITOK"));
1882
1883         /*
1884          * Calculate pagetable page index
1885          */
1886         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
1887 retry:
1888         /*
1889          * Get the page directory entry
1890          */
1891         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
1892
1893         /*
1894          * This supports switching from a 4MB page to a
1895          * normal 4K page.
1896          */
1897         if (ptepa & PG_PS) {
1898                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
1899                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
1900         }
1901
1902         /*
1903          * If the page table page is mapped, we just increment the
1904          * hold count, and activate it.
1905          */
1906         if (ptepa) {
1907                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
1908                 m->wire_count++;
1909         } else {
1910                 /*
1911                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
1912                  * been deallocated. 
1913                  */
1914                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
1915                 if (m == NULL && (flags & M_WAITOK))
1916                         goto retry;
1917         }
1918         return (m);
1919 }
1920
1921
1922 /***************************************************
1923 * Pmap allocation/deallocation routines.
1924  ***************************************************/
1925
1926 #ifdef SMP
1927 /*
1928  * Deal with a SMP shootdown of other users of the pmap that we are
1929  * trying to dispose of.  This can be a bit hairy.
1930  */
1931 static cpuset_t *lazymask;
1932 static u_int lazyptd;
1933 static volatile u_int lazywait;
1934
1935 void pmap_lazyfix_action(void);
1936
1937 void
1938 pmap_lazyfix_action(void)
1939 {
1940
1941 #ifdef COUNT_IPIS
1942         (*ipi_lazypmap_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1943 #endif
1944         if (rcr3() == lazyptd)
1945                 load_cr3(PCPU_GET(curpcb)->pcb_cr3);
1946         CPU_CLR_ATOMIC(PCPU_GET(cpuid), lazymask);
1947         atomic_store_rel_int(&lazywait, 1);
1948 }
1949
1950 static void
1951 pmap_lazyfix_self(u_int cpuid)
1952 {
1953
1954         if (rcr3() == lazyptd)
1955                 load_cr3(PCPU_GET(curpcb)->pcb_cr3);
1956         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, lazymask);
1957 }
1958
1959
1960 static void
1961 pmap_lazyfix(pmap_t pmap)
1962 {
1963         cpuset_t mymask, mask;
1964         u_int cpuid, spins;
1965         int lsb;
1966
1967         mask = pmap->pm_active;
1968         while (!CPU_EMPTY(&mask)) {
1969                 spins = 50000000;
1970
1971                 /* Find least significant set bit. */
1972                 lsb = cpusetobj_ffs(&mask);
1973                 MPASS(lsb != 0);
1974                 lsb--;
1975                 CPU_SETOF(lsb, &mask);
1976                 mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1977 #ifdef PAE
1978                 lazyptd = vtophys(pmap->pm_pdpt);
1979 #else
1980                 lazyptd = vtophys(pmap->pm_pdir);
1981 #endif
1982                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1983
1984                 /* Use a cpuset just for having an easy check. */
1985                 CPU_SETOF(cpuid, &mymask);
1986                 if (!CPU_CMP(&mask, &mymask)) {
1987                         lazymask = &pmap->pm_active;
1988                         pmap_lazyfix_self(cpuid);
1989                 } else {
1990                         atomic_store_rel_int((u_int *)&lazymask,
1991                             (u_int)&pmap->pm_active);
1992                         atomic_store_rel_int(&lazywait, 0);
1993                         ipi_selected(mask, IPI_LAZYPMAP);
1994                         while (lazywait == 0) {
1995                                 ia32_pause();
1996                                 if (--spins == 0)
1997                                         break;
1998                         }
1999                 }
2000                 mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
2001                 if (spins == 0)
2002                         printf("pmap_lazyfix: spun for 50000000\n");
2003                 mask = pmap->pm_active;
2004         }
2005 }
2006
2007 #else   /* SMP */
2008
2009 /*
2010  * Cleaning up on uniprocessor is easy.  For various reasons, we're
2011  * unlikely to have to even execute this code, including the fact
2012  * that the cleanup is deferred until the parent does a wait(2), which
2013  * means that another userland process has run.
2014  */
2015 static void
2016 pmap_lazyfix(pmap_t pmap)
2017 {
2018         u_int cr3;
2019
2020         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
2021         if (cr3 == rcr3()) {
2022                 load_cr3(PCPU_GET(curpcb)->pcb_cr3);
2023                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &pmap->pm_active);
2024         }
2025 }
2026 #endif  /* SMP */
2027
2028 /*
2029  * Release any resources held by the given physical map.
2030  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2031  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2032  */
2033 void
2034 pmap_release(pmap_t pmap)
2035 {
2036         vm_page_t m, ptdpg[NPGPTD];
2037         int i;
2038
2039         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2040             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2041             pmap->pm_stats.resident_count));
2042         KASSERT(pmap->pm_root == NULL,
2043             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2044
2045         pmap_lazyfix(pmap);
2046         mtx_lock_spin(&allpmaps_lock);
2047         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
2048         mtx_unlock_spin(&allpmaps_lock);
2049
2050         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
2051                 ptdpg[i] = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pdir[PTDPTDI + i] &
2052                     PG_FRAME);
2053
2054         bzero(pmap->pm_pdir + PTDPTDI, (nkpt + NPGPTD) *
2055             sizeof(*pmap->pm_pdir));
2056
2057         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2058
2059         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2060                 m = ptdpg[i];
2061 #ifdef PAE
2062                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2063                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2064 #endif
2065                 m->wire_count--;
2066                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2067                 vm_page_free_zero(m);
2068         }
2069         PMAP_LOCK_DESTROY(pmap);
2070 }
2071 \f
2072 static int
2073 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2074 {
2075         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
2076
2077         return (sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req));
2078 }
2079 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2080     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
2081
2082 static int
2083 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2084 {
2085         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2086
2087         return (sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req));
2088 }
2089 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2090     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
2091
2092 /*
2093  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2094  */
2095 void
2096 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2097 {
2098         vm_paddr_t ptppaddr;
2099         vm_page_t nkpg;
2100         pd_entry_t newpdir;
2101
2102         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2103         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2104         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2105                 addr = kernel_map->max_offset;
2106         while (kernel_vm_end < addr) {
2107                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2108                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2109                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2110                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2111                                 break;
2112                         }
2113                         continue;
2114                 }
2115
2116                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2117                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2118                     VM_ALLOC_ZERO);
2119                 if (nkpg == NULL)
2120                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2121
2122                 nkpt++;
2123
2124                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2125                         pmap_zero_page(nkpg);
2126                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2127                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2128                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = pgeflag | newpdir;
2129
2130                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2131                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2132                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2133                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2134                         break;
2135                 }
2136         }
2137 }
2138
2139
2140 /***************************************************
2141  * page management routines.
2142  ***************************************************/
2143
2144 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2145 CTASSERT(_NPCM == 11);
2146
2147 static __inline struct pv_chunk *
2148 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2149 {
2150
2151         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2152 }
2153
2154 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2155
2156 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2157 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2158
2159 static uint32_t pc_freemask[11] = {
2160         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2161         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2162         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2163         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2164 };
2165
2166 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2167         "Current number of pv entries");
2168
2169 #ifdef PV_STATS
2170 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2171
2172 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2173         "Current number of pv entry chunks");
2174 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2175         "Current number of pv entry chunks allocated");
2176 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2177         "Current number of pv entry chunks frees");
2178 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2179         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2180
2181 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2182 static int pv_entry_spare;
2183
2184 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2185         "Current number of pv entry frees");
2186 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2187         "Current number of pv entry allocs");
2188 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2189         "Current number of spare pv entries");
2190
2191 static int pmap_collect_inactive, pmap_collect_active;
2192
2193 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_inactive, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_inactive, 0,
2194         "Current number times pmap_collect called on inactive queue");
2195 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pmap_collect_active, CTLFLAG_RD, &pmap_collect_active, 0,
2196         "Current number times pmap_collect called on active queue");
2197 #endif
2198
2199 /*
2200  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2201  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2202  * another pv entry chunk.  This is normally called to
2203  * unmap inactive pages, and if necessary, active pages.
2204  */
2205 static void
2206 pmap_collect(pmap_t locked_pmap, struct vpgqueues *vpq)
2207 {
2208         pd_entry_t *pde;
2209         pmap_t pmap;
2210         pt_entry_t *pte, tpte;
2211         pv_entry_t next_pv, pv;
2212         vm_offset_t va;
2213         vm_page_t m, free;
2214
2215         sched_pin();
2216         TAILQ_FOREACH(m, &vpq->pl, pageq) {
2217                 if ((m->flags & PG_MARKER) != 0 || m->hold_count || m->busy)
2218                         continue;
2219                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &m->md.pv_list, pv_list, next_pv) {
2220                         va = pv->pv_va;
2221                         pmap = PV_PMAP(pv);
2222                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2223                         if (pmap > locked_pmap)
2224                                 PMAP_LOCK(pmap);
2225                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap))
2226                                 continue;
2227                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2228                         pde = pmap_pde(pmap, va);
2229                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_collect: found"
2230                             " a 4mpage in page %p's pv list", m));
2231                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
2232                         tpte = pte_load_clear(pte);
2233                         KASSERT((tpte & PG_W) == 0,
2234                             ("pmap_collect: wired pte %#jx", (uintmax_t)tpte));
2235                         if (tpte & PG_A)
2236                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2237                         if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2238                                 vm_page_dirty(m);
2239                         free = NULL;
2240                         pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2241                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2242                         pmap_free_zero_pages(free);
2243                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2244                         free_pv_entry(pmap, pv);
2245                         if (pmap != locked_pmap)
2246                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2247                 }
2248                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2249                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list))
2250                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2251         }
2252         sched_unpin();
2253 }
2254
2255
2256 /*
2257  * free the pv_entry back to the free list
2258  */
2259 static void
2260 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2261 {
2262         vm_page_t m;
2263         struct pv_chunk *pc;
2264         int idx, field, bit;
2265
2266         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2267         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2268         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2269         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2270         pv_entry_count--;
2271         pc = pv_to_chunk(pv);
2272         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2273         field = idx / 32;
2274         bit = idx % 32;
2275         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2276         /* move to head of list */
2277         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2278         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2279                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2280                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2281                         return;
2282                 }
2283         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2284         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2285         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2286         /* entire chunk is free, return it */
2287         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2288         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2289         vm_page_unwire(m, 0);
2290         vm_page_free(m);
2291         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2292 }
2293
2294 /*
2295  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2296  * when needed.
2297  */
2298 static pv_entry_t
2299 get_pv_entry(pmap_t pmap, int try)
2300 {
2301         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2302         static struct timeval lastprint;
2303         struct vpgqueues *pq;
2304         int bit, field;
2305         pv_entry_t pv;
2306         struct pv_chunk *pc;
2307         vm_page_t m;
2308
2309         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2310         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2311         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2312         pv_entry_count++;
2313         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2314                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2315                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2316                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2317                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
2318         pq = NULL;
2319 retry:
2320         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2321         if (pc != NULL) {
2322                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2323                         if (pc->pc_map[field]) {
2324                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2325                                 break;
2326                         }
2327                 }
2328                 if (field < _NPCM) {
2329                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2330                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2331                         /* If this was the last item, move it to tail */
2332                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2333                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2334                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2335                                         return (pv);    /* not full, return */
2336                                 }
2337                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2338                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2339                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2340                         return (pv);
2341                 }
2342         }
2343         /*
2344          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the page
2345          * queues lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2346          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2347          */
2348         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, (pq ==
2349             &vm_page_queues[PQ_ACTIVE] ? VM_ALLOC_SYSTEM : VM_ALLOC_NORMAL) |
2350             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2351                 if (try) {
2352                         pv_entry_count--;
2353                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2354                         return (NULL);
2355                 }
2356                 /*
2357                  * Reclaim pv entries: At first, destroy mappings to
2358                  * inactive pages.  After that, if a pv chunk entry
2359                  * is still needed, destroy mappings to active pages.
2360                  */
2361                 if (pq == NULL) {
2362                         PV_STAT(pmap_collect_inactive++);
2363                         pq = &vm_page_queues[PQ_INACTIVE];
2364                 } else if (pq == &vm_page_queues[PQ_INACTIVE]) {
2365                         PV_STAT(pmap_collect_active++);
2366                         pq = &vm_page_queues[PQ_ACTIVE];
2367                 } else
2368                         panic("get_pv_entry: increase vm.pmap.shpgperproc");
2369                 pmap_collect(pmap, pq);
2370                 goto retry;
2371         }
2372         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2373         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2374         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2375         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2376         pc->pc_pmap = pmap;
2377         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2378         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2379                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2380         pv = &pc->pc_pventry[0];
2381         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2382         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2383         return (pv);
2384 }
2385
2386 static __inline pv_entry_t
2387 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2388 {
2389         pv_entry_t pv;
2390
2391         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2392         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
2393                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2394                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2395                         break;
2396                 }
2397         }
2398         return (pv);
2399 }
2400
2401 static void
2402 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2403 {
2404         struct md_page *pvh;
2405         pv_entry_t pv;
2406         vm_offset_t va_last;
2407         vm_page_t m;
2408
2409         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2410         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2411             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2412
2413         /*
2414          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2415          * page's pv list.
2416          */
2417         pvh = pa_to_pvh(pa);
2418         va = trunc_4mpage(va);
2419         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2420         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2421         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2422         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2423         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2424         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2425         do {
2426                 m++;
2427                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2428                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2429                 va += PAGE_SIZE;
2430                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2431         } while (va < va_last);
2432 }
2433
2434 static void
2435 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2436 {
2437         struct md_page *pvh;
2438         pv_entry_t pv;
2439         vm_offset_t va_last;
2440         vm_page_t m;
2441
2442         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2443         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2444             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2445
2446         /*
2447          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2448          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2449          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2450          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2451          * removes one of the mappings that is being promoted.
2452          */
2453         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2454         va = trunc_4mpage(va);
2455         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2456         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2457         pvh = pa_to_pvh(pa);
2458         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2459         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2460         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2461         do {
2462                 m++;
2463                 va += PAGE_SIZE;
2464                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2465         } while (va < va_last);
2466 }
2467
2468 static void
2469 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2470 {
2471         pv_entry_t pv;
2472
2473         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2474         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2475         free_pv_entry(pmap, pv);
2476 }
2477
2478 static void
2479 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2480 {
2481         struct md_page *pvh;
2482
2483         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2484         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2485         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2486                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2487                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2488                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2489         }
2490 }
2491
2492 /*
2493  * Create a pv entry for page at pa for
2494  * (pmap, va).
2495  */
2496 static void
2497 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2498 {
2499         pv_entry_t pv;
2500
2501         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2502         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2503         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2504         pv->pv_va = va;
2505         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2506 }
2507
2508 /*
2509  * Conditionally create a pv entry.
2510  */
2511 static boolean_t
2512 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2513 {
2514         pv_entry_t pv;
2515
2516         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2517         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2518         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2519             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2520                 pv->pv_va = va;
2521                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2522                 return (TRUE);
2523         } else
2524                 return (FALSE);
2525 }
2526
2527 /*
2528  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2529  */
2530 static boolean_t
2531 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2532 {
2533         struct md_page *pvh;
2534         pv_entry_t pv;
2535
2536         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2537         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2538             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2539                 pv->pv_va = va;
2540                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2541                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
2542                 return (TRUE);
2543         } else
2544                 return (FALSE);
2545 }
2546
2547 /*
2548  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2549  */
2550 static void
2551 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2552 {
2553         pt_entry_t *pte;
2554
2555         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2556                 *pte = newpte;  
2557                 newpte += PAGE_SIZE;
2558         }
2559 }
2560
2561 /*
2562  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2563  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2564  */
2565 static boolean_t
2566 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2567 {
2568         pd_entry_t newpde, oldpde;
2569         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2570         vm_paddr_t mptepa;
2571         vm_page_t free, mpte;
2572
2573         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2574         oldpde = *pde;
2575         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2576             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2577         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
2578         if (mpte != NULL)
2579                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2580         else {
2581                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2582                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2583                     " is missing"));
2584
2585                 /*
2586                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2587                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2588                  * allocation of the new page table page fails.
2589                  */
2590                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2591                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2592                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2593                         free = NULL;
2594                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_4mpage(va), &free);
2595                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_4mpage(va));
2596                         pmap_free_zero_pages(free);
2597                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2598                             " in pmap %p", va, pmap);
2599                         return (FALSE);
2600                 }
2601                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2602                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2603         }
2604         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2605
2606         /*
2607          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2608          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2609          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2610          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2611          */
2612         if (va >= KERNBASE)
2613                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2614         else if (curthread->td_pinned > 0 && mtx_owned(&vm_page_queue_mtx)) {
2615                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2616                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2617 #ifdef SMP
2618                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2619 #endif
2620                         invlcaddr(PADDR1);
2621                         PMAP1changed++;
2622                 } else
2623 #ifdef SMP
2624                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2625                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2626                         invlcaddr(PADDR1);
2627                         PMAP1changedcpu++;
2628                 } else
2629 #endif
2630                         PMAP1unchanged++;
2631                 firstpte = PADDR1;
2632         } else {
2633                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2634                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2635                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2636                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
2637                 }
2638                 firstpte = PADDR2;
2639         }
2640         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2641         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2642             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2643         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2644             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2645         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2646         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2647                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2648
2649         /*
2650          * If the page table page is new, initialize it.
2651          */
2652         if (mpte->wire_count == 1) {
2653                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2654                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2655         }
2656         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2657             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2658             " addresses"));
2659
2660         /*
2661          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2662          * entries.
2663          */ 
2664         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2665                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2666         
2667         /*
2668          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2669          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2670          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2671          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2672          * the read above and the store below. 
2673          */
2674         if (workaround_erratum383)
2675                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2676         else if (pmap == kernel_pmap)
2677                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2678         else
2679                 pde_store(pde, newpde); 
2680         if (firstpte == PADDR2)
2681                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2682
2683         /*
2684          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2685          */
2686         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2687
2688         /*
2689          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2690          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2691          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2692          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2693          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2694          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2695          * the 2mpage to referencing the page table page.
2696          */
2697         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2698                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2699
2700         pmap_pde_demotions++;
2701         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2702             " in pmap %p", va, pmap);
2703         return (TRUE);
2704 }
2705
2706 /*
2707  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2708  */
2709 static void
2710 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2711     vm_page_t *free)
2712 {
2713         struct md_page *pvh;
2714         pd_entry_t oldpde;
2715         vm_offset_t eva, va;
2716         vm_page_t m, mpte;
2717
2718         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2719         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2720             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2721         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2722         if (oldpde & PG_W)
2723                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2724
2725         /*
2726          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2727          * PG_G.
2728          */
2729         if (oldpde & PG_G)
2730                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
2731         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2732         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2733                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2734                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2735                 eva = sva + NBPDR;
2736                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2737                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2738                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2739                                 vm_page_dirty(m);
2740                         if (oldpde & PG_A)
2741                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2742                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2743                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2744                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2745                 }
2746         }
2747         if (pmap == kernel_pmap) {
2748                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pdq, sva))
2749                         panic("pmap_remove_pde: failed demotion");
2750         } else {
2751                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
2752                 if (mpte != NULL) {
2753                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2754                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2755                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2756                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2757                         mpte->wire_count = 0;
2758                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2759                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2760                 }
2761         }
2762 }
2763
2764 /*
2765  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2766  */
2767 static int
2768 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, vm_page_t *free)
2769 {
2770         pt_entry_t oldpte;
2771         vm_page_t m;
2772
2773         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2774         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2775         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2776         if (oldpte & PG_W)
2777                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2778         /*
2779          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2780          * PG_G.
2781          */
2782         if (oldpte & PG_G)
2783                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
2784         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2785         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2786                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2787                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2788                         vm_page_dirty(m);
2789                 if (oldpte & PG_A)
2790                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2791                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2792         }
2793         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
2794 }
2795
2796 /*
2797  * Remove a single page from a process address space
2798  */
2799 static void
2800 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *free)
2801 {
2802         pt_entry_t *pte;
2803
2804         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
2805         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
2806         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2807         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
2808                 return;
2809         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
2810         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2811 }
2812
2813 /*
2814  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2815  *
2816  *      It is assumed that the start and end are properly
2817  *      rounded to the page size.
2818  */
2819 void
2820 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2821 {
2822         vm_offset_t pdnxt;
2823         pd_entry_t ptpaddr;
2824         pt_entry_t *pte;
2825         vm_page_t free = NULL;
2826         int anyvalid;
2827
2828         /*
2829          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2830          */
2831         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2832                 return;
2833
2834         anyvalid = 0;
2835
2836         vm_page_lock_queues();
2837         sched_pin();
2838         PMAP_LOCK(pmap);
2839
2840         /*
2841          * special handling of removing one page.  a very
2842          * common operation and easy to short circuit some
2843          * code.
2844          */
2845         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
2846             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
2847                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
2848                 goto out;
2849         }
2850
2851         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
2852                 u_int pdirindex;
2853
2854                 /*
2855                  * Calculate index for next page table.
2856                  */
2857                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
2858                 if (pdnxt < sva)
2859                         pdnxt = eva;
2860                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2861                         break;
2862
2863                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
2864                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
2865
2866                 /*
2867                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
2868                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
2869                  */
2870                 if (ptpaddr == 0)
2871                         continue;
2872
2873                 /*
2874                  * Check for large page.
2875                  */
2876                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
2877                         /*
2878                          * Are we removing the entire large page?  If not,
2879                          * demote the mapping and fall through.
2880                          */
2881                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
2882                                 /*
2883                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
2884                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
2885                                  */
2886                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
2887                                         anyvalid = 1;
2888                                 pmap_remove_pde(pmap,
2889                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
2890                                 continue;
2891                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
2892                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
2893                                 /* The large page mapping was destroyed. */
2894                                 continue;
2895                         }
2896                 }
2897
2898                 /*
2899                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2900                  * by the current page table page, or to the end of the
2901                  * range being removed.
2902                  */
2903                 if (pdnxt > eva)
2904                         pdnxt = eva;
2905
2906                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
2907                     sva += PAGE_SIZE) {
2908                         if (*pte == 0)
2909                                 continue;
2910
2911                         /*
2912                          * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated
2913                          * by pmap_remove_pte().
2914                          */
2915                         if ((*pte & PG_G) == 0)
2916                                 anyvalid = 1;
2917                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &free))
2918                                 break;
2919                 }
2920         }
2921 out:
2922         sched_unpin();
2923         if (anyvalid)
2924                 pmap_invalidate_all(pmap);
2925         vm_page_unlock_queues();
2926         PMAP_UNLOCK(pmap);
2927         pmap_free_zero_pages(free);
2928 }
2929
2930 /*
2931  *      Routine:        pmap_remove_all
2932  *      Function:
2933  *              Removes this physical page from
2934  *              all physical maps in which it resides.
2935  *              Reflects back modify bits to the pager.
2936  *
2937  *      Notes:
2938  *              Original versions of this routine were very
2939  *              inefficient because they iteratively called
2940  *              pmap_remove (slow...)
2941  */
2942
2943 void
2944 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2945 {
2946         struct md_page *pvh;
2947         pv_entry_t pv;
2948         pmap_t pmap;
2949         pt_entry_t *pte, tpte;
2950         pd_entry_t *pde;
2951         vm_offset_t va;
2952         vm_page_t free;
2953
2954         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2955             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2956         free = NULL;
2957         vm_page_lock_queues();
2958         sched_pin();
2959         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
2960                 goto small_mappings;
2961         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2962         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2963                 va = pv->pv_va;
2964                 pmap = PV_PMAP(pv);
2965                 PMAP_LOCK(pmap);
2966                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2967                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
2968                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2969         }
2970 small_mappings:
2971         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2972                 pmap = PV_PMAP(pv);
2973                 PMAP_LOCK(pmap);
2974                 pmap->pm_stats.resident_count--;
2975                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
2976                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
2977                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
2978                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
2979                 tpte = pte_load_clear(pte);
2980                 if (tpte & PG_W)
2981                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2982                 if (tpte & PG_A)
2983                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2984
2985                 /*
2986                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2987                  */
2988                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2989                         vm_page_dirty(m);
2990                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
2991                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2992                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
2993                 free_pv_entry(pmap, pv);
2994                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2995         }
2996         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2997         sched_unpin();
2998         vm_page_unlock_queues();
2999         pmap_free_zero_pages(free);
3000 }
3001
3002 /*
3003  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3004  */
3005 static boolean_t
3006 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3007 {
3008         pd_entry_t newpde, oldpde;
3009         vm_offset_t eva, va;
3010         vm_page_t m;
3011         boolean_t anychanged;
3012
3013         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3014         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3015             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3016         anychanged = FALSE;
3017 retry:
3018         oldpde = newpde = *pde;
3019         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3020                 eva = sva + NBPDR;
3021                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3022                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3023                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3024                                 vm_page_dirty(m);
3025         }
3026         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3027                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3028 #ifdef PAE
3029         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3030                 newpde |= pg_nx;
3031 #endif
3032         if (newpde != oldpde) {
3033                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde))
3034                         goto retry;
3035                 if (oldpde & PG_G)
3036                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3037                 else
3038                         anychanged = TRUE;
3039         }
3040         return (anychanged);
3041 }
3042
3043 /*
3044  *      Set the physical protection on the
3045  *      specified range of this map as requested.
3046  */
3047 void
3048 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3049 {
3050         vm_offset_t pdnxt;
3051         pd_entry_t ptpaddr;
3052         pt_entry_t *pte;
3053         int anychanged;
3054
3055         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3056                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3057                 return;
3058         }
3059
3060 #ifdef PAE
3061         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3062             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3063                 return;
3064 #else
3065         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3066                 return;
3067 #endif
3068
3069         anychanged = 0;
3070
3071         vm_page_lock_queues();
3072         sched_pin();
3073         PMAP_LOCK(pmap);
3074         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3075                 pt_entry_t obits, pbits;
3076                 u_int pdirindex;
3077
3078                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3079                 if (pdnxt < sva)
3080                         pdnxt = eva;
3081
3082                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3083                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3084
3085                 /*
3086                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3087                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3088                  */
3089                 if (ptpaddr == 0)
3090                         continue;
3091
3092                 /*
3093                  * Check for large page.
3094                  */
3095                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3096                         /*
3097                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3098                          * demote the mapping and fall through.
3099                          */
3100                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3101                                 /*
3102                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3103                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3104                                  */
3105                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3106                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3107                                         anychanged = 1;
3108                                 continue;
3109                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3110                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3111                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3112                                 continue;
3113                         }
3114                 }
3115
3116                 if (pdnxt > eva)
3117                         pdnxt = eva;
3118
3119                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3120                     sva += PAGE_SIZE) {
3121                         vm_page_t m;
3122
3123 retry:
3124                         /*
3125                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3126                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3127                          * significant 32 bits.
3128                          */
3129                         obits = pbits = *pte;
3130                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3131                                 continue;
3132
3133                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3134                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3135                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3136                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3137                                         vm_page_dirty(m);
3138                                 }
3139                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3140                         }
3141 #ifdef PAE
3142                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3143                                 pbits |= pg_nx;
3144 #endif
3145
3146                         if (pbits != obits) {
3147 #ifdef PAE
3148                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3149                                         goto retry;
3150 #else
3151                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3152                                     pbits))
3153                                         goto retry;
3154 #endif
3155                                 if (obits & PG_G)
3156                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3157                                 else
3158                                         anychanged = 1;
3159                         }
3160                 }
3161         }
3162         sched_unpin();
3163         if (anychanged)
3164                 pmap_invalidate_all(pmap);
3165         vm_page_unlock_queues();
3166         PMAP_UNLOCK(pmap);
3167 }
3168
3169 /*
3170  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3171  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3172  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3173  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3174  * mappings must have identical characteristics.
3175  *
3176  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3177  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3178  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3179  * pmap.
3180  */
3181 static void
3182 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3183 {
3184         pd_entry_t newpde;
3185         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3186         vm_offset_t oldpteva;
3187         vm_page_t mpte;
3188
3189         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3190
3191         /*
3192          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3193          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3194          * within a 2- or 4MB page.
3195          */
3196         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3197 setpde:
3198         newpde = *firstpte;
3199         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3200                 pmap_pde_p_failures++;
3201                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3202                     " in pmap %p", va, pmap);
3203                 return;
3204         }
3205         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3206                 pmap_pde_p_failures++;
3207                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3208                     " in pmap %p", va, pmap);
3209                 return;
3210         }
3211         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3212                 /*
3213                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3214                  * a TLB invalidation.
3215                  */
3216                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3217                     ~PG_RW))  
3218                         goto setpde;
3219                 newpde &= ~PG_RW;
3220         }
3221
3222         /* 
3223          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3224          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3225          * characteristics to the first PTE.
3226          */
3227         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3228         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3229 setpte:
3230                 oldpte = *pte;
3231                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3232                         pmap_pde_p_failures++;
3233                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3234                             " in pmap %p", va, pmap);
3235                         return;
3236                 }
3237                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3238                         /*
3239                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3240                          * without a TLB invalidation.
3241                          */
3242                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3243                             oldpte & ~PG_RW))
3244                                 goto setpte;
3245                         oldpte &= ~PG_RW;
3246                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3247                             (va & ~PDRMASK);
3248                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3249                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3250                 }
3251                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3252                         pmap_pde_p_failures++;
3253                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3254                             " in pmap %p", va, pmap);
3255                         return;
3256                 }
3257                 pa -= PAGE_SIZE;
3258         }
3259
3260         /*
3261          * Save the page table page in its current state until the PDE
3262          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3263          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3264          */
3265         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3266         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3267             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3268             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3269         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3270             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3271         pmap_insert_pt_page(pmap, mpte);
3272
3273         /*
3274          * Promote the pv entries.
3275          */
3276         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3277                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3278
3279         /*
3280          * Propagate the PAT index to its proper position.
3281          */
3282         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3283                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3284
3285         /*
3286          * Map the superpage.
3287          */
3288         if (workaround_erratum383)
3289                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3290         else if (pmap == kernel_pmap)
3291                 pmap_kenter_pde(va, PG_PS | newpde);
3292         else
3293                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3294
3295         pmap_pde_promotions++;
3296         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3297             " in pmap %p", va, pmap);
3298 }
3299
3300 /*
3301  *      Insert the given physical page (p) at
3302  *      the specified virtual address (v) in the
3303  *      target physical map with the protection requested.
3304  *
3305  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3306  *      that the related pte can not be reclaimed.
3307  *
3308  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3309  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3310  *      insert this page into the given map NOW.
3311  */
3312 void
3313 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3314     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3315 {
3316         pd_entry_t *pde;
3317         pt_entry_t *pte;
3318         pt_entry_t newpte, origpte;
3319         pv_entry_t pv;
3320         vm_paddr_t opa, pa;
3321         vm_page_t mpte, om;
3322         boolean_t invlva;
3323
3324         va = trunc_page(va);
3325         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3326         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3327             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%x)",
3328             va));
3329         KASSERT((m->oflags & (VPO_UNMANAGED | VPO_BUSY)) != 0 ||
3330             VM_OBJECT_LOCKED(m->object),
3331             ("pmap_enter: page %p is not busy", m));
3332
3333         mpte = NULL;
3334
3335         vm_page_lock_queues();
3336         PMAP_LOCK(pmap);
3337         sched_pin();
3338
3339         /*
3340          * In the case that a page table page is not
3341          * resident, we are creating it here.
3342          */
3343         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3344                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, M_WAITOK);
3345         }
3346
3347         pde = pmap_pde(pmap, va);
3348         if ((*pde & PG_PS) != 0)
3349                 panic("pmap_enter: attempted pmap_enter on 4MB page");
3350         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3351
3352         /*
3353          * Page Directory table entry not valid, we need a new PT page
3354          */
3355         if (pte == NULL) {
3356                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3357                         (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3358         }
3359
3360         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3361         om = NULL;
3362         origpte = *pte;
3363         opa = origpte & PG_FRAME;
3364
3365         /*
3366          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3367          */
3368         if (origpte && (opa == pa)) {
3369                 /*
3370                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3371                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3372                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3373                  * the PT page will be also.
3374                  */
3375                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3376                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3377                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3378                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3379
3380                 /*
3381                  * Remove extra pte reference
3382                  */
3383                 if (mpte)
3384                         mpte->wire_count--;
3385
3386                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3387                         om = m;
3388                         pa |= PG_MANAGED;
3389                 }
3390                 goto validate;
3391         } 
3392
3393         pv = NULL;
3394
3395         /*
3396          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3397          * handle validating new mapping.
3398          */
3399         if (opa) {
3400                 if (origpte & PG_W)
3401                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3402                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3403                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3404                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3405                 }
3406                 if (mpte != NULL) {
3407                         mpte->wire_count--;
3408                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3409                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3410                              " va: 0x%x", va));
3411                 }
3412         } else
3413                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3414
3415         /*
3416          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3417          */
3418         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3419                 KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva,
3420                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3421                 if (pv == NULL)
3422                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3423                 pv->pv_va = va;
3424                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
3425                 pa |= PG_MANAGED;
3426         } else if (pv != NULL)
3427                 free_pv_entry(pmap, pv);
3428
3429         /*
3430          * Increment counters
3431          */
3432         if (wired)
3433                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3434
3435 validate:
3436         /*
3437          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3438          */
3439         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3440         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3441                 newpte |= PG_RW;
3442                 if ((newpte & PG_MANAGED) != 0)
3443                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3444         }
3445 #ifdef PAE
3446         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3447                 newpte |= pg_nx;
3448 #endif
3449         if (wired)
3450                 newpte |= PG_W;
3451         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3452                 newpte |= PG_U;
3453         if (pmap == kernel_pmap)
3454                 newpte |= pgeflag;
3455
3456         /*
3457          * if the mapping or permission bits are different, we need
3458          * to update the pte.
3459          */
3460         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3461                 newpte |= PG_A;
3462                 if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3463                         newpte |= PG_M;
3464                 if (origpte & PG_V) {
3465                         invlva = FALSE;
3466                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3467                         if (origpte & PG_A) {
3468                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3469                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3470                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m))
3471                                         invlva = TRUE;
3472 #ifdef PAE
3473                                 if ((origpte & PG_NX) == 0 &&
3474                                     (newpte & PG_NX) != 0)
3475                                         invlva = TRUE;
3476 #endif
3477                         }
3478                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3479                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3480                                         vm_page_dirty(om);
3481                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3482                                         invlva = TRUE;
3483                         }
3484                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3485                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3486                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3487                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3488                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3489                         if (invlva)
3490                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3491                 } else
3492                         pte_store(pte, newpte);
3493         }
3494
3495         /*
3496          * If both the page table page and the reservation are fully
3497          * populated, then attempt promotion.
3498          */
3499         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3500             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3501             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3502                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3503
3504         sched_unpin();
3505         vm_page_unlock_queues();
3506         PMAP_UNLOCK(pmap);
3507 }
3508
3509 /*
3510  * Tries to create a 2- or 4MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
3511  * FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3512  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3513  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3514  */
3515 static boolean_t
3516 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3517 {
3518         pd_entry_t *pde, newpde;
3519
3520         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3521         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3522         pde = pmap_pde(pmap, va);
3523         if (*pde != 0) {
3524                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3525                     " in pmap %p", va, pmap);
3526                 return (FALSE);
3527         }
3528         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3529             PG_PS | PG_V;
3530         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3531                 newpde |= PG_MANAGED;
3532
3533                 /*
3534                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3535                  */
3536                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3537                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3538                             " in pmap %p", va, pmap);
3539                         return (FALSE);
3540                 }
3541         }
3542 #ifdef PAE
3543         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3544                 newpde |= pg_nx;
3545 #endif
3546         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3547                 newpde |= PG_U;
3548
3549         /*
3550          * Increment counters.
3551          */
3552         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3553
3554         /*
3555          * Map the superpage.
3556          */
3557         pde_store(pde, newpde);
3558
3559         pmap_pde_mappings++;
3560         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3561             " in pmap %p", va, pmap);
3562         return (TRUE);
3563 }
3564
3565 /*
3566  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3567  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3568  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3569  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3570  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3571  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3572  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3573  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3574  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3575  * corresponding offset from m_start are mapped.
3576  */
3577 void
3578 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3579     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3580 {
3581         vm_offset_t va;
3582         vm_page_t m, mpte;
3583         vm_pindex_t diff, psize;
3584
3585         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m_start->object, MA_OWNED);
3586         psize = atop(end - start);
3587         mpte = NULL;
3588         m = m_start;
3589         vm_page_lock_queues();
3590         PMAP_LOCK(pmap);
3591         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3592                 va = start + ptoa(diff);
3593                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3594                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3595                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3596                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3597                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3598                 else
3599                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3600                             mpte);
3601                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3602         }
3603         vm_page_unlock_queues();
3604         PMAP_UNLOCK(pmap);
3605 }
3606
3607 /*
3608  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3609  * 1. Current pmap & pmap exists.
3610  * 2. Not wired.
3611  * 3. Read access.
3612  * 4. No page table pages.
3613  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3614  */
3615
3616 void
3617 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3618 {
3619
3620         vm_page_lock_queues();
3621         PMAP_LOCK(pmap);
3622         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3623         vm_page_unlock_queues();
3624         PMAP_UNLOCK(pmap);
3625 }
3626
3627 static vm_page_t
3628 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3629     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3630 {
3631         pt_entry_t *pte;
3632         vm_paddr_t pa;
3633         vm_page_t free;
3634
3635         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
3636             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3637             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3638         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
3639         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3640
3641         /*
3642          * In the case that a page table page is not
3643          * resident, we are creating it here.
3644          */
3645         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3646                 u_int ptepindex;
3647                 pd_entry_t ptepa;
3648
3649                 /*
3650                  * Calculate pagetable page index
3651                  */
3652                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
3653                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3654                         mpte->wire_count++;
3655                 } else {
3656                         /*
3657                          * Get the page directory entry
3658                          */
3659                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
3660
3661                         /*
3662                          * If the page table page is mapped, we just increment
3663                          * the hold count, and activate it.
3664                          */
3665                         if (ptepa) {
3666                                 if (ptepa & PG_PS)
3667                                         return (NULL);
3668                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
3669                                 mpte->wire_count++;
3670                         } else {
3671                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3672                                     M_NOWAIT);
3673                                 if (mpte == NULL)
3674                                         return (mpte);
3675                         }
3676                 }
3677         } else {
3678                 mpte = NULL;
3679         }
3680
3681         /*
3682          * This call to vtopte makes the assumption that we are
3683          * entering the page into the current pmap.  In order to support
3684          * quick entry into any pmap, one would likely use pmap_pte_quick.
3685          * But that isn't as quick as vtopte.
3686          */
3687         pte = vtopte(va);
3688         if (*pte) {
3689                 if (mpte != NULL) {
3690                         mpte->wire_count--;
3691                         mpte = NULL;
3692                 }
3693                 return (mpte);
3694         }
3695
3696         /*
3697          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3698          */
3699         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3700             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3701                 if (mpte != NULL) {
3702                         free = NULL;
3703                         if (pmap_unwire_pte_hold(pmap, mpte, &free)) {
3704                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3705                                 pmap_free_zero_pages(free);
3706                         }
3707                         
3708                         mpte = NULL;
3709                 }
3710                 return (mpte);
3711         }
3712
3713         /*
3714          * Increment counters
3715          */
3716         pmap->pm_stats.resident_count++;
3717
3718         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3719 #ifdef PAE
3720         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3721                 pa |= pg_nx;
3722 #endif
3723
3724         /*
3725          * Now validate mapping with RO protection
3726          */
3727         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3728                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3729         else
3730                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3731         return (mpte);
3732 }
3733
3734 /*
3735  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3736  * to be used for panic dumps.
3737  */
3738 void *
3739 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3740 {
3741         vm_offset_t va;
3742
3743         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3744         pmap_kenter(va, pa);
3745         invlpg(va);
3746         return ((void *)crashdumpmap);
3747 }
3748
3749 /*
3750  * This code maps large physical mmap regions into the
3751  * processor address space.  Note that some shortcuts
3752  * are taken, but the code works.
3753  */
3754 void
3755 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3756     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3757 {
3758         pd_entry_t *pde;
3759         vm_paddr_t pa, ptepa;
3760         vm_page_t p;
3761         int pat_mode;
3762
3763         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(object, MA_OWNED);
3764         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3765             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3766         if (pseflag && 
3767             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3768                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3769                         return;
3770                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3771                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3772                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3773                 pat_mode = p->md.pat_mode;
3774
3775                 /*
3776                  * Abort the mapping if the first page is not physically
3777                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
3778                  */
3779                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
3780                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
3781                         return;
3782
3783                 /*
3784                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
3785                  * the pages are not physically contiguous or have differing
3786                  * memory attributes.
3787                  */
3788                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3789                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
3790                     pa += PAGE_SIZE) {
3791                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3792                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3793                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
3794                             pat_mode != p->md.pat_mode)
3795                                 return;
3796                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
3797                 }
3798
3799                 /*
3800                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
3801                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
3802                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
3803                  */
3804                 PMAP_LOCK(pmap);
3805                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
3806                     size; pa += NBPDR) {
3807                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
3808                         if (*pde == 0) {
3809                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
3810                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
3811                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
3812                                     PAGE_SIZE;
3813                                 pmap_pde_mappings++;
3814                         }
3815                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
3816                         addr += NBPDR;
3817                 }
3818                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3819         }
3820 }
3821
3822 /*
3823  *      Routine:        pmap_change_wiring
3824  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
3825  *                      pair.
3826  *      In/out conditions:
3827  *                      The mapping must already exist in the pmap.
3828  */
3829 void
3830 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
3831 {
3832         pd_entry_t *pde;
3833         pt_entry_t *pte;
3834         boolean_t are_queues_locked;
3835
3836         are_queues_locked = FALSE;
3837 retry:
3838         PMAP_LOCK(pmap);
3839         pde = pmap_pde(pmap, va);
3840         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3841                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
3842                         if (!are_queues_locked) {
3843                                 are_queues_locked = TRUE;
3844                                 if (!mtx_trylock(&vm_page_queue_mtx)) {
3845                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3846                                         vm_page_lock_queues();
3847                                         goto retry;
3848                                 }
3849                         }
3850                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
3851                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
3852                 } else
3853                         goto out;
3854         }
3855         pte = pmap_pte(pmap, va);
3856
3857         if (wired && !pmap_pte_w(pte))
3858                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3859         else if (!wired && pmap_pte_w(pte))
3860                 pmap->pm_stats.wired_count--;
3861
3862         /*
3863          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
3864          * invalidate TLB.
3865          */
3866         pmap_pte_set_w(pte, wired);
3867         pmap_pte_release(pte);
3868 out:
3869         if (are_queues_locked)
3870                 vm_page_unlock_queues();
3871         PMAP_UNLOCK(pmap);
3872 }
3873
3874
3875
3876 /*
3877  *      Copy the range specified by src_addr/len
3878  *      from the source map to the range dst_addr/len
3879  *      in the destination map.
3880  *
3881  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3882  */
3883
3884 void
3885 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3886     vm_offset_t src_addr)
3887 {
3888         vm_page_t   free;
3889         vm_offset_t addr;
3890         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
3891         vm_offset_t pdnxt;
3892
3893         if (dst_addr != src_addr)
3894                 return;
3895
3896         if (!pmap_is_current(src_pmap))
3897                 return;
3898
3899         vm_page_lock_queues();
3900         if (dst_pmap < src_pmap) {
3901                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3902                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3903         } else {
3904                 PMAP_LOCK(src_pmap);
3905                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
3906         }
3907         sched_pin();
3908         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = pdnxt) {
3909                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
3910                 vm_page_t dstmpte, srcmpte;
3911                 pd_entry_t srcptepaddr;
3912                 u_int ptepindex;
3913
3914                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
3915                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
3916
3917                 pdnxt = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
3918                 if (pdnxt < addr)
3919                         pdnxt = end_addr;
3920                 ptepindex = addr >> PDRSHIFT;
3921
3922                 srcptepaddr = src_pmap->pm_pdir[ptepindex];
3923                 if (srcptepaddr == 0)
3924                         continue;
3925                         
3926                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
3927                         if (dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] == 0 &&
3928                             ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
3929                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
3930                             PG_PS_FRAME))) {
3931                                 dst_pmap->pm_pdir[ptepindex] = srcptepaddr &
3932                                     ~PG_W;
3933                                 dst_pmap->pm_stats.resident_count +=
3934                                     NBPDR / PAGE_SIZE;
3935                         }
3936                         continue;
3937                 }
3938
3939                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr & PG_FRAME);
3940                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
3941                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
3942
3943                 if (pdnxt > end_addr)
3944                         pdnxt = end_addr;
3945
3946                 src_pte = vtopte(addr);
3947                 while (addr < pdnxt) {
3948                         pt_entry_t ptetemp;
3949                         ptetemp = *src_pte;
3950                         /*
3951                          * we only virtual copy managed pages
3952                          */
3953                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
3954                                 dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
3955                                     M_NOWAIT);
3956                                 if (dstmpte == NULL)
3957                                         goto out;
3958                                 dst_pte = pmap_pte_quick(dst_pmap, addr);
3959                                 if (*dst_pte == 0 &&
3960                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
3961                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME))) {
3962                                         /*
3963                                          * Clear the wired, modified, and
3964                                          * accessed (referenced) bits
3965                                          * during the copy.
3966                                          */
3967                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
3968                                             PG_A);
3969                                         dst_pmap->pm_stats.resident_count++;
3970                                 } else {
3971                                         free = NULL;
3972                                         if (pmap_unwire_pte_hold(dst_pmap,
3973                                             dstmpte, &free)) {
3974                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
3975                                                     addr);
3976                                                 pmap_free_zero_pages(free);
3977                                         }
3978                                         goto out;
3979                                 }
3980                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
3981                                         break;
3982                         }
3983                         addr += PAGE_SIZE;
3984                         src_pte++;
3985                 }
3986         }
3987 out:
3988         sched_unpin();
3989         vm_page_unlock_queues();
3990         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
3991         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
3992 }       
3993
3994 static __inline void
3995 pagezero(void *page)
3996 {
3997 #if defined(I686_CPU)
3998         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
3999 #if defined(CPU_ENABLE_SSE)
4000                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4001                         sse2_pagezero(page);
4002                 else
4003 #endif
4004                         i686_pagezero(page);
4005         } else
4006 #endif
4007                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4008 }
4009
4010 /*
4011  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping 
4012  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4013  */
4014 void
4015 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4016 {
4017         struct sysmaps *sysmaps;
4018
4019         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
4020         mtx_lock(&sysmaps->lock);
4021         if (*sysmaps->CMAP2)
4022                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4023         sched_pin();
4024         *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4025             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4026         invlcaddr(sysmaps->CADDR2);
4027         pagezero(sysmaps->CADDR2);
4028         *sysmaps->CMAP2 = 0;
4029         sched_unpin();
4030         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
4031 }
4032
4033 /*
4034  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4035  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4036  *
4037  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4038  */
4039 void
4040 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4041 {
4042         struct sysmaps *sysmaps;
4043
4044         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
4045         mtx_lock(&sysmaps->lock);
4046         if (*sysmaps->CMAP2)
4047                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4048         sched_pin();
4049         *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4050             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4051         invlcaddr(sysmaps->CADDR2);
4052         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4053                 pagezero(sysmaps->CADDR2);
4054         else
4055                 bzero((char *)sysmaps->CADDR2 + off, size);
4056         *sysmaps->CMAP2 = 0;
4057         sched_unpin();
4058         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
4059 }
4060
4061 /*
4062  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4063  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4064  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4065  *      outside of Giant.
4066  */
4067 void
4068 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4069 {
4070
4071         if (*CMAP3)
4072                 panic("pmap_zero_page_idle: CMAP3 busy");
4073         sched_pin();
4074         *CMAP3 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4075             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4076         invlcaddr(CADDR3);
4077         pagezero(CADDR3);
4078         *CMAP3 = 0;
4079         sched_unpin();
4080 }
4081
4082 /*
4083  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4084  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4085  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4086  *      time.
4087  */
4088 void
4089 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4090 {
4091         struct sysmaps *sysmaps;
4092
4093         sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
4094         mtx_lock(&sysmaps->lock);
4095         if (*sysmaps->CMAP1)
4096                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4097         if (*sysmaps->CMAP2)
4098                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4099         sched_pin();
4100         invlpg((u_int)sysmaps->CADDR1);
4101         invlpg((u_int)sysmaps->CADDR2);
4102         *sysmaps->CMAP1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4103             pmap_cache_bits(src->md.pat_mode, 0);
4104         *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4105             pmap_cache_bits(dst->md.pat_mode, 0);
4106         bcopy(sysmaps->CADDR1, sysmaps->CADDR2, PAGE_SIZE);
4107         *sysmaps->CMAP1 = 0;
4108         *sysmaps->CMAP2 = 0;
4109         sched_unpin();
4110         mtx_unlock(&sysmaps->lock);
4111 }
4112
4113 /*
4114  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4115  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4116  * be changed upwards or downwards in the future; it
4117  * is only necessary that true be returned for a small
4118  * subset of pmaps for proper page aging.
4119  */
4120 boolean_t
4121 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4122 {
4123         struct md_page *pvh;
4124         pv_entry_t pv;
4125         int loops = 0;
4126         boolean_t rv;
4127
4128         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4129             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4130         rv = FALSE;
4131         vm_page_lock_queues();
4132         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4133                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4134                         rv = TRUE;
4135                         break;
4136                 }
4137                 loops++;
4138                 if (loops >= 16)
4139                         break;
4140         }
4141         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4142                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4143                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4144                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4145                                 rv = TRUE;
4146                                 break;
4147                         }
4148                         loops++;
4149                         if (loops >= 16)
4150                                 break;
4151                 }
4152         }
4153         vm_page_unlock_queues();
4154         return (rv);
4155 }
4156
4157 /*
4158  *      pmap_page_wired_mappings:
4159  *
4160  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4161  *      that are wired.
4162  */
4163 int
4164 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4165 {
4166         int count;
4167
4168         count = 0;
4169         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4170                 return (count);
4171         vm_page_lock_queues();
4172         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4173         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4174             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4175                 count);
4176         }
4177         vm_page_unlock_queues();
4178         return (count);
4179 }
4180
4181 /*
4182  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4183  *
4184  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4185  */
4186 static int
4187 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4188 {
4189         pmap_t pmap;
4190         pt_entry_t *pte;
4191         pv_entry_t pv;
4192
4193         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4194         sched_pin();
4195         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4196                 pmap = PV_PMAP(pv);
4197                 PMAP_LOCK(pmap);
4198                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4199                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4200                         count++;
4201                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4202         }
4203         sched_unpin();
4204         return (count);
4205 }
4206
4207 /*
4208  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4209  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4210  */
4211 boolean_t
4212 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4213 {
4214         boolean_t rv;
4215
4216         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4217                 return (FALSE);
4218         vm_page_lock_queues();
4219         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4220             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4221             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4222         vm_page_unlock_queues();
4223         return (rv);
4224 }
4225
4226 /*
4227  * Remove all pages from specified address space
4228  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4229  * is special cased for current process only, but
4230  * can have the more generic (and slightly slower)
4231  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4232  * in the case of running down an entire address space.
4233  */
4234 void
4235 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4236 {
4237         pt_entry_t *pte, tpte;
4238         vm_page_t free = NULL;
4239         vm_page_t m, mpte, mt;
4240         pv_entry_t pv;
4241         struct md_page *pvh;
4242         struct pv_chunk *pc, *npc;
4243         int field, idx;
4244         int32_t bit;
4245         uint32_t inuse, bitmask;
4246         int allfree;
4247
4248         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4249                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4250                 return;
4251         }
4252         vm_page_lock_queues();
4253         PMAP_LOCK(pmap);
4254         sched_pin();
4255         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4256                 allfree = 1;
4257                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4258                         inuse = (~(pc->pc_map[field])) & pc_freemask[field];
4259                         while (inuse != 0) {
4260                                 bit = bsfl(inuse);
4261                                 bitmask = 1UL << bit;
4262                                 idx = field * 32 + bit;
4263                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4264                                 inuse &= ~bitmask;
4265
4266                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4267                                 tpte = *pte;
4268                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4269                                         pte = vtopte(pv->pv_va);
4270                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4271                                 }
4272
4273                                 if (tpte == 0) {
4274                                         printf(
4275                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4276                                             pte, pv->pv_va);
4277                                         panic("bad pte");
4278                                 }
4279
4280 /*
4281  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4282  */
4283                                 if (tpte & PG_W) {
4284                                         allfree = 0;
4285                                         continue;
4286                                 }
4287
4288                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4289                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4290                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4291                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4292                                     (uintmax_t)tpte));
4293
4294                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4295                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4296                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4297                                     (uintmax_t)tpte));
4298
4299                                 pte_clear(pte);
4300
4301                                 /*
4302                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4303                                  */
4304                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4305                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4306                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4307                                                         vm_page_dirty(mt);
4308                                         } else
4309                                                 vm_page_dirty(m);
4310                                 }
4311
4312                                 /* Mark free */
4313                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4314                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4315                                 pv_entry_count--;
4316                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4317                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4318                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4319                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4320                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_list);
4321                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4322                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4323                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4324                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4325                                         }
4326                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4327                                         if (mpte != NULL) {
4328                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4329                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4330                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4331                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4332                                                 mpte->wire_count = 0;
4333                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4334                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4335                                         }
4336                                 } else {
4337                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4338                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4339                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4340                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4341                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4342                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4343                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4344                                         }
4345                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4346                                 }
4347                         }
4348                 }
4349                 if (allfree) {
4350                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
4351                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
4352                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
4353                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4354                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
4355                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
4356                         vm_page_unwire(m, 0);
4357                         vm_page_free(m);
4358                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
4359                 }
4360         }
4361         sched_unpin();
4362         pmap_invalidate_all(pmap);
4363         vm_page_unlock_queues();
4364         PMAP_UNLOCK(pmap);
4365         pmap_free_zero_pages(free);
4366 }
4367
4368 /*
4369  *      pmap_is_modified:
4370  *
4371  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4372  *      in any physical maps.
4373  */
4374 boolean_t
4375 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4376 {
4377         boolean_t rv;
4378
4379         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4380             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4381
4382         /*
4383          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be
4384          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4385          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4386          */
4387         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4388         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4389             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4390                 return (FALSE);
4391         vm_page_lock_queues();
4392         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4393             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4394             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4395         vm_page_unlock_queues();
4396         return (rv);
4397 }
4398
4399 /*
4400  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4401  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4402  * mappings are supported.
4403  */
4404 static boolean_t
4405 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4406 {
4407         pv_entry_t pv;
4408         pt_entry_t *pte;
4409         pmap_t pmap;
4410         boolean_t rv;
4411
4412         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4413         rv = FALSE;
4414         sched_pin();
4415         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4416                 pmap = PV_PMAP(pv);
4417                 PMAP_LOCK(pmap);
4418                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4419                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4420                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4421                 if (rv)
4422                         break;
4423         }
4424         sched_unpin();
4425         return (rv);
4426 }
4427
4428 /*
4429  *      pmap_is_prefaultable:
4430  *
4431  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4432  *      for prefault.
4433  */
4434 boolean_t
4435 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4436 {
4437         pd_entry_t *pde;
4438         pt_entry_t *pte;
4439         boolean_t rv;
4440
4441         rv = FALSE;
4442         PMAP_LOCK(pmap);
4443         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4444         if (*pde != 0 && (*pde & PG_PS) == 0) {
4445                 pte = vtopte(addr);
4446                 rv = *pte == 0;
4447         }
4448         PMAP_UNLOCK(pmap);
4449         return (rv);
4450 }
4451
4452 /*
4453  *      pmap_is_referenced:
4454  *
4455  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4456  *      in any physical maps.
4457  */
4458 boolean_t
4459 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4460 {
4461         boolean_t rv;
4462
4463         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4464             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4465         vm_page_lock_queues();
4466         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4467             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4468             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4469         vm_page_unlock_queues();
4470         return (rv);
4471 }
4472
4473 /*
4474  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4475  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4476  */
4477 static boolean_t
4478 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4479 {
4480         pv_entry_t pv;
4481         pt_entry_t *pte;
4482         pmap_t pmap;
4483         boolean_t rv;
4484
4485         mtx_assert(&vm_page_queue_mtx, MA_OWNED);
4486         rv = FALSE;
4487         sched_pin();
4488         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_list) {
4489                 pmap = PV_PMAP(pv);
4490                 PMAP_LOCK(pmap);
4491                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4492                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4493                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4494                 if (rv)
4495                         break;
4496         }
4497         sched_unpin();
4498         return (rv);
4499 }
4500
4501 /*
4502  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4503  */
4504 void
4505 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4506 {
4507         struct md_page *pvh;
4508         pv_entry_t next_pv, pv;
4509         pmap_t pmap;
4510         pd_entry_t *pde;
4511         pt_entry_t oldpte, *pte;
4512         vm_offset_t va;
4513
4514         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4515             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4516
4517         /*
4518          * If the page is not VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be set by
4519          * another thread while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4520          * is clear, no page table entries need updating.
4521          */
4522         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4523         if ((m->oflags & VPO_BUSY) == 0 &&
4524             (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4525                 return;
4526         vm_page_lock_queues();
4527         sched_pin();
4528         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4529                 goto small_mappings;
4530         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4531         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4532                 va = pv->pv_va;
4533                 pmap = PV_PMAP(pv);
4534                 PMAP_LOCK(pmap);
4535                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4536                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4537                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4538                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4539         }
4540 small_mappings:
4541         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4542                 pmap = PV_PMAP(pv);
4543                 PMAP_LOCK(pmap);
4544                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4545                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4546                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4547                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4548 retry:
4549                 oldpte = *pte;
4550                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
4551                         /*
4552                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4553                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4554                          * significant 32 bits.
4555                          */
4556                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
4557                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
4558                                 goto retry;
4559                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4560                                 vm_page_dirty(m);
4561                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4562                 }
4563                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4564         }
4565         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4566         sched_unpin();
4567         vm_page_unlock_queues();
4568 }
4569
4570 /*
4571  *      pmap_ts_referenced:
4572  *
4573  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4574  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4575  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4576  *      reference bits set.
4577  *
4578  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
4579  *      should be tested and standardized at some point in the future for
4580  *      optimal aging of shared pages.
4581  */
4582 int
4583 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4584 {
4585         struct md_page *pvh;
4586         pv_entry_t pv, pvf, pvn;
4587         pmap_t pmap;
4588         pd_entry_t oldpde, *pde;
4589         pt_entry_t *pte;
4590         vm_offset_t va;
4591         int rtval = 0;
4592
4593         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4594             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4595         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4596         vm_page_lock_queues();
4597         sched_pin();
4598         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4599                 goto small_mappings;
4600         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, pvn) {
4601                 va = pv->pv_va;
4602                 pmap = PV_PMAP(pv);
4603                 PMAP_LOCK(pmap);
4604                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4605                 oldpde = *pde;
4606                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4607                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4608                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4609                                         /*
4610                                          * Remove the mapping to a single page
4611                                          * so that a subsequent access may
4612                                          * repromote.  Since the underlying
4613                                          * page table page is fully populated,
4614                                          * this removal never frees a page
4615                                          * table page.
4616                                          */
4617                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4618                                             PG_PS_FRAME);
4619                                         pmap_remove_page(pmap, va, NULL);
4620                                         rtval++;
4621                                         if (rtval > 4) {
4622                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4623                                                 goto out;
4624                                         }
4625                                 }
4626                         }
4627                 }
4628                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4629         }
4630 small_mappings:
4631         if ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4632                 pvf = pv;
4633                 do {
4634                         pvn = TAILQ_NEXT(pv, pv_list);
4635                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4636                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_list);
4637                         pmap = PV_PMAP(pv);
4638                         PMAP_LOCK(pmap);
4639                         pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4640                         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_ts_referenced:"
4641                             " found a 4mpage in page %p's pv list", m));
4642                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4643                         if ((*pte & PG_A) != 0) {
4644                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4645                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4646                                 rtval++;
4647                                 if (rtval > 4)
4648                                         pvn = NULL;
4649                         }
4650                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4651                 } while ((pv = pvn) != NULL && pv != pvf);
4652         }
4653 out:
4654         sched_unpin();
4655         vm_page_unlock_queues();
4656         return (rtval);
4657 }
4658
4659 /*
4660  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4661  */
4662 void
4663 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4664 {
4665         struct md_page *pvh;
4666         pv_entry_t next_pv, pv;
4667         pmap_t pmap;
4668         pd_entry_t oldpde, *pde;
4669         pt_entry_t oldpte, *pte;
4670         vm_offset_t va;
4671
4672         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4673             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4674         VM_OBJECT_LOCK_ASSERT(m->object, MA_OWNED);
4675         KASSERT((m->oflags & VPO_BUSY) == 0,
4676             ("pmap_clear_modify: page %p is busy", m));
4677
4678         /*
4679          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4680          * If the object containing the page is locked and the page is not
4681          * VPO_BUSY, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4682          */
4683         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4684                 return;
4685         vm_page_lock_queues();
4686         sched_pin();
4687         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4688                 goto small_mappings;
4689         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4690         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4691                 va = pv->pv_va;
4692                 pmap = PV_PMAP(pv);
4693                 PMAP_LOCK(pmap);
4694                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4695                 oldpde = *pde;
4696                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
4697                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4698                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4699                                         /*
4700                                          * Write protect the mapping to a
4701                                          * single page so that a subsequent
4702                                          * write access may repromote.
4703                                          */
4704                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4705                                             PG_PS_FRAME);
4706                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
4707                                         oldpte = *pte;
4708                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
4709                                                 /*
4710                                                  * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4711                                                  * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4712                                                  * significant 32 bits.
4713                                                  */
4714                                                 while (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte,
4715                                                     oldpte,
4716                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
4717                                                         oldpte = *pte;
4718                                                 vm_page_dirty(m);
4719                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4720                                         }
4721                                 }
4722                         }
4723                 }
4724                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4725         }
4726 small_mappings:
4727         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4728                 pmap = PV_PMAP(pv);
4729                 PMAP_LOCK(pmap);
4730                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4731                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
4732                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4733                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4734                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4735                         /*
4736                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4737                          * in size, PG_M is among the least significant
4738                          * 32 bits. 
4739                          */
4740                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
4741                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4742                 }
4743                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4744         }
4745         sched_unpin();
4746         vm_page_unlock_queues();
4747 }
4748
4749 /*
4750  *      pmap_clear_reference:
4751  *
4752  *      Clear the reference bit on the specified physical page.
4753  */
4754 void
4755 pmap_clear_reference(vm_page_t m)
4756 {
4757         struct md_page *pvh;
4758         pv_entry_t next_pv, pv;
4759         pmap_t pmap;
4760         pd_entry_t oldpde, *pde;
4761         pt_entry_t *pte;
4762         vm_offset_t va;
4763
4764         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4765             ("pmap_clear_reference: page %p is not managed", m));
4766         vm_page_lock_queues();
4767         sched_pin();
4768         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4769                 goto small_mappings;
4770         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4771         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_list, next_pv) {
4772                 va = pv->pv_va;
4773                 pmap = PV_PMAP(pv);
4774                 PMAP_LOCK(pmap);
4775                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4776                 oldpde = *pde;
4777                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
4778                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
4779                                 /*
4780                                  * Remove the mapping to a single page so
4781                                  * that a subsequent access may repromote.
4782                                  * Since the underlying page table page is
4783                                  * fully populated, this removal never frees
4784                                  * a page table page.
4785                                  */
4786                                 va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
4787                                     PG_PS_FRAME);
4788                                 pmap_remove_page(pmap, va, NULL);
4789                         }
4790                 }
4791                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4792         }
4793 small_mappings:
4794         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
4795                 pmap = PV_PMAP(pv);
4796                 PMAP_LOCK(pmap);
4797                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4798                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_reference: found"
4799                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4800                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4801                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
4802                         /*
4803                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4804                          * in size, PG_A is among the least significant
4805                          * 32 bits. 
4806                          */
4807                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4808                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4809                 }
4810                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4811         }
4812         sched_unpin();
4813         vm_page_unlock_queues();
4814 }
4815
4816 /*
4817  * Miscellaneous support routines follow
4818  */
4819
4820 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
4821 static __inline void
4822 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
4823 {
4824         u_int opte, npte;
4825
4826         /*
4827          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4828          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4829          */
4830         do {
4831                 opte = *(u_int *)pte;
4832                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
4833                 npte |= cache_bits;
4834         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
4835 }
4836
4837 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
4838 static __inline void
4839 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
4840 {
4841         u_int opde, npde;
4842
4843         /*
4844          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
4845          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
4846          */
4847         do {
4848                 opde = *(u_int *)pde;
4849                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
4850                 npde |= cache_bits;
4851         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
4852 }
4853
4854 /*
4855  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
4856  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
4857  * routine is intended to be used for mapping device memory,
4858  * NOT real memory.
4859  */
4860 void *
4861 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
4862 {
4863         vm_offset_t va, offset;
4864         vm_size_t tmpsize;
4865
4866         offset = pa & PAGE_MASK;
4867         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4868         pa = pa & PG_FRAME;
4869
4870         if (pa < KERNLOAD && pa + size <= KERNLOAD)
4871                 va = KERNBASE + pa;
4872         else
4873                 va = kmem_alloc_nofault(kernel_map, size);
4874         if (!va)
4875                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
4876
4877         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
4878                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
4879         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
4880         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size);
4881         return ((void *)(va + offset));
4882 }
4883
4884 void *
4885 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4886 {
4887
4888         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
4889 }
4890
4891 void *
4892 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4893 {
4894
4895         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
4896 }
4897
4898 void
4899 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
4900 {
4901         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4902
4903         if (va >= KERNBASE && va + size <= KERNBASE + KERNLOAD)
4904                 return;
4905         base = trunc_page(va);
4906         offset = va & PAGE_MASK;
4907         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
4908         for (tmpva = base; tmpva < (base + size); tmpva += PAGE_SIZE)
4909                 pmap_kremove(tmpva);
4910         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, tmpva);
4911         kmem_free(kernel_map, base, size);
4912 }
4913
4914 /*
4915  * Sets the memory attribute for the specified page.
4916  */
4917 void
4918 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4919 {
4920
4921         m->md.pat_mode = ma;
4922         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4923                 return;
4924
4925         /*
4926          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
4927          * See pmap_invalidate_cache_range().
4928          *
4929          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
4930          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
4931          * flushes the cache.
4932          */    
4933         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
4934                 return;
4935
4936         /*
4937          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
4938          * support self snoop, map the page transient and do
4939          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
4940          * pmap_invalidate_cache_range().
4941          */
4942         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
4943                 pmap_flush_page(m);
4944 }
4945
4946 static void
4947 pmap_flush_page(vm_page_t m)
4948 {
4949         struct sysmaps *sysmaps;
4950         vm_offset_t sva, eva;
4951
4952         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
4953                 sysmaps = &sysmaps_pcpu[PCPU_GET(cpuid)];
4954                 mtx_lock(&sysmaps->lock);
4955                 if (*sysmaps->CMAP2)
4956                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
4957                 sched_pin();
4958                 *sysmaps->CMAP2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
4959                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4960                 invlcaddr(sysmaps->CADDR2);
4961                 sva = (vm_offset_t)sysmaps->CADDR2;
4962                 eva = sva + PAGE_SIZE;
4963
4964                 /*
4965                  * Use mfence despite the ordering implied by
4966                  * mtx_{un,}lock() because clflush is not guaranteed
4967                  * to be ordered by any other instruction.
4968                  */
4969                 mfence();
4970                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
4971                         clflush(sva);
4972                 mfence();
4973                 *sysmaps->CMAP2 = 0;
4974                 sched_unpin();
4975                 mtx_unlock(&sysmaps->lock);
4976         } else
4977                 pmap_invalidate_cache();
4978 }
4979
4980 /*
4981  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4982  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4983  * completely contained within either the kernel map.
4984  *
4985  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4986  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4987  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4988  * there was insufficient memory available to complete the change.
4989  */
4990 int
4991 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4992 {
4993         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4994         pd_entry_t *pde;
4995         pt_entry_t *pte;
4996         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
4997         boolean_t changed;
4998
4999         base = trunc_page(va);
5000         offset = va & PAGE_MASK;
5001         size = roundup(offset + size, PAGE_SIZE);
5002
5003         /*
5004          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5005          */
5006         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5007                 return (EINVAL);
5008
5009         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5010         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5011         changed = FALSE;
5012
5013         /*
5014          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5015          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5016          */
5017         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5018         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5019                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5020                 if (*pde == 0) {
5021                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5022                         return (EINVAL);
5023                 }
5024                 if (*pde & PG_PS) {
5025                         /*
5026                          * If the current 2/4MB page already has
5027                          * the required memory type, then we need not
5028                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5029                          * the next 2/4MB page frame.
5030                          */
5031                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5032                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5033                                 continue;
5034                         }
5035
5036                         /*
5037                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5038                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5039                          * within the range, then we need not break
5040                          * down this page into 4KB pages.
5041                          */
5042                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5043                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5044                                 tmpva += NBPDR;
5045                                 continue;
5046                         }
5047                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5048                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5049                                 return (ENOMEM);
5050                         }
5051                 }
5052                 pte = vtopte(tmpva);
5053                 if (*pte == 0) {
5054                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5055                         return (EINVAL);
5056                 }
5057                 tmpva += PAGE_SIZE;
5058         }
5059         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5060
5061         /*
5062          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5063          * cache mode if required.
5064          */
5065         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5066                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5067                 if (*pde & PG_PS) {
5068                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5069                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5070                                 changed = TRUE;
5071                         }
5072                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5073                 } else {
5074                         pte = vtopte(tmpva);
5075                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5076                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5077                                 changed = TRUE;
5078                         }
5079                         tmpva += PAGE_SIZE;
5080                 }
5081         }
5082
5083         /*
5084          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5085          * shouldn't be, etc.
5086          */
5087         if (changed) {
5088                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5089                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5090         }
5091         return (0);
5092 }
5093
5094 /*
5095  * perform the pmap work for mincore
5096  */
5097 int
5098 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5099 {
5100         pd_entry_t *pdep;
5101         pt_entry_t *ptep, pte;
5102         vm_paddr_t pa;
5103         int val;
5104
5105         PMAP_LOCK(pmap);
5106 retry:
5107         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5108         if (*pdep != 0) {
5109                 if (*pdep & PG_PS) {
5110                         pte = *pdep;
5111                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5112                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5113                             PG_FRAME;
5114                         val = MINCORE_SUPER;
5115                 } else {
5116                         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
5117                         pte = *ptep;
5118                         pmap_pte_release(ptep);
5119                         pa = pte & PG_FRAME;
5120                         val = 0;
5121                 }
5122         } else {
5123                 pte = 0;
5124                 pa = 0;
5125                 val = 0;
5126         }
5127         if ((pte & PG_V) != 0) {
5128                 val |= MINCORE_INCORE;
5129                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5130                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5131                 if ((pte & PG_A) != 0)
5132                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5133         }
5134         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5135             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5136             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5137                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5138                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5139                         goto retry;
5140         } else
5141                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5142         PMAP_UNLOCK(pmap);
5143         return (val);
5144 }
5145
5146 void
5147 pmap_activate(struct thread *td)
5148 {
5149         pmap_t  pmap, oldpmap;
5150         u_int   cpuid;
5151         u_int32_t  cr3;
5152
5153         critical_enter();
5154         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5155         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5156         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5157 #if defined(SMP)
5158         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5159         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5160 #else
5161         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5162         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5163 #endif
5164 #ifdef PAE
5165         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5166 #else
5167         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5168 #endif
5169         /*
5170          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5171          */
5172         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5173         load_cr3(cr3);
5174         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5175         critical_exit();
5176 }
5177
5178 void
5179 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5180 {
5181 }
5182
5183 /*
5184  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5185  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5186  */
5187 void
5188 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5189     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5190 {
5191         vm_offset_t superpage_offset;
5192
5193         if (size < NBPDR)
5194                 return;
5195         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5196                 offset += ptoa(object->pg_color);
5197         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5198         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5199             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5200                 return;
5201         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5202                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5203         else
5204                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5205 }
5206
5207
5208 #if defined(PMAP_DEBUG)
5209 pmap_pid_dump(int pid)
5210 {
5211         pmap_t pmap;
5212         struct proc *p;
5213         int npte = 0;
5214         int index;
5215
5216         sx_slock(&allproc_lock);
5217         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
5218                 if (p->p_pid != pid)
5219                         continue;
5220
5221                 if (p->p_vmspace) {
5222                         int i,j;
5223                         index = 0;
5224                         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
5225                         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++) {
5226                                 pd_entry_t *pde;
5227                                 pt_entry_t *pte;
5228                                 vm_offset_t base = i << PDRSHIFT;
5229                                 
5230                                 pde = &pmap->pm_pdir[i];
5231                                 if (pde && pmap_pde_v(pde)) {
5232                                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
5233                                                 vm_offset_t va = base + (j << PAGE_SHIFT);
5234                                                 if (va >= (vm_offset_t) VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5235                                                         if (index) {
5236                                                                 index = 0;
5237                                                                 printf("\n");
5238                                                         }
5239                                                         sx_sunlock(&allproc_lock);
5240                                                         return (npte);
5241                                                 }
5242                                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
5243                                                 if (pte && pmap_pte_v(pte)) {
5244                                                         pt_entry_t pa;
5245                                                         vm_page_t m;
5246                                                         pa = *pte;
5247                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa & PG_FRAME);
5248                                                         printf("va: 0x%x, pt: 0x%x, h: %d, w: %d, f: 0x%x",
5249                                                                 va, pa, m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
5250                                                         npte++;
5251                                                         index++;
5252                                                         if (index >= 2) {
5253                                                                 index = 0;
5254                                                                 printf("\n");
5255                                                         } else {
5256                                                                 printf(" ");
5257                                                         }
5258                                                 }
5259                                         }
5260                                 }
5261                         }
5262                 }
5263         }
5264         sx_sunlock(&allproc_lock);
5265         return (npte);
5266 }
5267 #endif
5268
5269 #if defined(DEBUG)
5270
5271 static void     pads(pmap_t pm);
5272 void            pmap_pvdump(vm_paddr_t pa);
5273
5274 /* print address space of pmap*/
5275 static void
5276 pads(pmap_t pm)
5277 {
5278         int i, j;
5279         vm_paddr_t va;
5280         pt_entry_t *ptep;
5281
5282         if (pm == kernel_pmap)
5283                 return;
5284         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++)
5285                 if (pm->pm_pdir[i])
5286                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
5287                                 va = (i << PDRSHIFT) + (j << PAGE_SHIFT);
5288                                 if (pm == kernel_pmap && va < KERNBASE)
5289                                         continue;
5290                                 if (pm != kernel_pmap && va > UPT_MAX_ADDRESS)
5291                                         continue;
5292                                 ptep = pmap_pte(pm, va);
5293                                 if (pmap_pte_v(ptep))
5294                                         printf("%x:%x ", va, *ptep);
5295                         };
5296
5297 }
5298
5299 void
5300 pmap_pvdump(vm_paddr_t pa)
5301 {
5302         pv_entry_t pv;
5303         pmap_t pmap;
5304         vm_page_t m;
5305
5306         printf("pa %x", pa);
5307         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5308         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_list) {
5309                 pmap = PV_PMAP(pv);
5310                 printf(" -> pmap %p, va %x", (void *)pmap, pv->pv_va);
5311                 pads(pmap);
5312         }
5313         printf(" ");
5314 }
5315 #endif