]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
gnu/dts: Update our copy of arm dts from Linux 4.16
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sf_buf.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/vmmeter.h>
127 #include <sys/sched.h>
128 #include <sys/sysctl.h>
129 #include <sys/smp.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #ifdef DEV_APIC
147 #include <sys/bus.h>
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #endif
151 #include <machine/bootinfo.h>
152 #include <machine/cpu.h>
153 #include <machine/cputypes.h>
154 #include <machine/md_var.h>
155 #include <machine/pcb.h>
156 #include <machine/specialreg.h>
157 #ifdef SMP
158 #include <machine/smp.h>
159 #endif
160
161 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
162 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
163 #endif
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 /*
185  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
186  */
187 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
188 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
189
190 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
191 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
192 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
193 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
194 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
195
196 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
197     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
198 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
199
200 struct pmap kernel_pmap_store;
201
202 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
203 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
204 int pgeflag = 0;                /* PG_G or-in */
205 int pseflag = 0;                /* PG_PS or-in */
206
207 static int nkpt = NKPT;
208 vm_offset_t kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
209
210 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
211 pt_entry_t pg_nx;
212 static uma_zone_t pdptzone;
213 #endif
214
215 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
216
217 static int pat_works = 1;
218 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
219     "Is page attribute table fully functional?");
220
221 static int pg_ps_enabled = 1;
222 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
223     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
224
225 #define PAT_INDEX_SIZE  8
226 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
227
228 /*
229  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
230  */
231 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
232 static struct pmap_preinit_mapping {
233         vm_paddr_t      pa;
234         vm_offset_t     va;
235         vm_size_t       sz;
236         int             mode;
237 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
238 static int pmap_initialized;
239
240 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
241
242 /*
243  * Data for the pv entry allocation mechanism
244  */
245 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
246 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
247 static struct md_page *pv_table;
248 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
249
250 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
251 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
252 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
253
254 /*
255  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
256  */
257 pt_entry_t *CMAP3;
258 static pd_entry_t *KPTD;
259 caddr_t ptvmmap = 0;
260 caddr_t CADDR3;
261
262 /*
263  * Crashdump maps.
264  */
265 static caddr_t crashdumpmap;
266
267 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2;
268 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2;
269 #ifdef SMP
270 static int PMAP1cpu;
271 static int PMAP1changedcpu;
272 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD, 
273            &PMAP1changedcpu, 0,
274            "Number of times pmap_pte_quick changed CPU with same PMAP1");
275 #endif
276 static int PMAP1changed;
277 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD, 
278            &PMAP1changed, 0,
279            "Number of times pmap_pte_quick changed PMAP1");
280 static int PMAP1unchanged;
281 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD, 
282            &PMAP1unchanged, 0,
283            "Number of times pmap_pte_quick didn't change PMAP1");
284 static struct mtx PMAP2mutex;
285
286 int pti;
287
288 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
289 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
290 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
291 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
292 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
293 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
294 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
295 #endif
296 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
297 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
298                     vm_offset_t va);
299 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
300
301 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
302 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
303     vm_prot_t prot);
304 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
305     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
306 static void pmap_flush_page(vm_page_t m);
307 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
308 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
309                     pd_entry_t pde);
310 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
311 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
312 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
313 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
314 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
315 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
316 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
317 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
318 #endif
319 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
320     vm_prot_t prot);
321 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
322 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
323     struct spglist *free);
324 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
325     struct spglist *free);
326 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
327 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
328     struct spglist *free);
329 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
330                                         vm_offset_t va);
331 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
332 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
333     vm_page_t m);
334 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
335     pd_entry_t newpde);
336 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
337
338 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
339
340 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
341 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
342 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
343 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
344 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
345 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
346 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
347     uint8_t *flags, int wait);
348 #endif
349 static void pmap_init_trm(void);
350
351 static __inline void pagezero(void *page);
352
353 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
354 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
355
356 void pmap_cold(void);
357 extern char _end[];
358 u_long physfree;        /* phys addr of next free page */
359 u_long vm86phystk;      /* PA of vm86/bios stack */
360 u_long vm86paddr;       /* address of vm86 region */
361 int vm86pa;             /* phys addr of vm86 region */
362 u_long KERNend;         /* phys addr end of kernel (just after bss) */
363 pd_entry_t *IdlePTD;    /* phys addr of kernel PTD */
364 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
365 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
366 #endif
367 pt_entry_t *KPTmap;     /* address of kernel page tables */
368 u_long KPTphys;         /* phys addr of kernel page tables */
369
370 static u_long
371 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
372 {
373         u_long res;
374
375         res = *physfree;
376         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
377         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
378         return (res);
379 }
380
381 static void
382 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
383 {
384         pt_entry_t *pt;
385
386         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
387             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
388                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
389 }
390
391 static void
392 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
393 {
394
395         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
396 }
397
398 _Static_assert(2 * NBPDR == KERNBASE, "Broken double-map of zero PTD");
399
400 /*
401  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
402  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
403  * does not require relocations.
404  */
405 void
406 pmap_cold(void)
407 {
408         pt_entry_t *pt;
409         u_long a;
410         u_int cr3, ncr4;
411
412         physfree = (u_long)&_end;
413         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
414                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
415         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
416                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
417         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
418         KERNend = physfree;
419
420         /* Allocate Kernel Page Tables */
421         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
422         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
423
424         /* Allocate Page Table Directory */
425 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
426         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
427         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
428 #endif
429         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
430
431         /*
432          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
433          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
434          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
435          * physical memory due to 1:1 mappings.
436          */
437         allocpages(1, &physfree);
438         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
439
440         /* vm86/bios stack */
441         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
442
443         /* pgtable + ext + IOPAGES */
444         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
445
446         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
447         for (a = 0; a < NKPT; a++)
448                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
449
450 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
451         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
452         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
453                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
454 #endif
455
456         /*
457          * Install recursive mapping for kernel page tables into
458          * itself.
459          */
460         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
461                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
462                     PG_RW;
463
464         /*
465          * Initialize page table pages mapping physical address zero
466          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
467          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
468          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
469          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
470          * kernel PDEs before we turn on paging.
471          *
472          * This and all other page table entries allow read and write
473          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
474          * access restrictions.
475          */
476         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR));
477         pmap_cold_map(0, NBPDR, atop(NBPDR));
478         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
479
480         /* Map page table directory */
481 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
482         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
483 #endif
484         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
485
486         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
487         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
488
489         /* Map proc0kstack */
490         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
491         /* ISA hole already mapped */
492
493         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
494         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
495
496         /* Map page 0 into the vm86 page table */
497         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
498
499         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
500         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
501             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
502                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
503                     PG_M | PG_V;
504
505         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
506         ncr4 = 0;
507         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
508                 ncr4 |= CR4_PSE;
509                 /*
510                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
511                  * page table pages are wasted.
512                  */
513                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
514                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
515                             PG_RW | PG_V;
516         }
517         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
518                 ncr4 |= CR4_PGE;
519                 pgeflag = PG_G;
520         }
521         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
522 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
523         ncr4 |= CR4_PAE;
524 #endif
525         if (ncr4 != 0)
526                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
527
528         /* Now enable paging */
529 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
530         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
531 #else
532         cr3 = (u_int)IdlePTD;
533 #endif
534         load_cr3(cr3);
535         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
536
537         /*
538          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
539          * linked to run.
540          */
541
542         /*
543          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
544          * to get some null pointer checks.
545          */
546         IdlePTD[0] = 0;
547         load_cr3(cr3);          /* invalidate TLB */
548 }
549
550 /*
551  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
552  *
553  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
554  *      in locore.s with the page table created in pmap_cold(),
555  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
556  */
557 void
558 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr)
559 {
560         vm_offset_t va;
561         pt_entry_t *pte, *unused;
562         struct pcpu *pc;
563         int i;
564
565         /*
566          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
567          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
568          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
569          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
570          * addresses to superpage mappings.
571          */
572         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
573
574         /*
575          * Initialize the first available kernel virtual address.  However,
576          * using "firstaddr" may waste a few pages of the kernel virtual
577          * address space, because locore may not have mapped every physical
578          * page that it allocated.  Preferably, locore would provide a first
579          * unused virtual address in addition to "firstaddr".
580          */
581         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
582
583         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
584
585         /*
586          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
587          */
588         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
589         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
590 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
591         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
592 #endif
593         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
594         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
595
596         /*
597          * Initialize the global pv list lock.
598          */
599         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
600
601         /*
602          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
603          * mapping of pages.
604          */
605 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
606         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
607
608         va = virtual_avail;
609         pte = vtopte(va);
610
611
612         /*
613          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
614          * during early boot.
615          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
616          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
617          */
618         pc = get_pcpu();
619         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
620         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
621         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
622         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
623
624         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
625
626         /*
627          * Crashdump maps.
628          */
629         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
630
631         /*
632          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
633          */
634         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
635
636         /*
637          * msgbufp is used to map the system message buffer.
638          */
639         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
640
641         /*
642          * KPTmap is used by pmap_kextract().
643          *
644          * KPTmap is first initialized by locore.  However, that initial
645          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
646          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
647          */
648         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
649
650         for (i = 0; i < NKPT; i++)
651                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
652
653         /*
654          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
655          * respectively.
656          */
657         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
658         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
659
660         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
661
662         virtual_avail = va;
663
664         /*
665          * Initialize the PAT MSR if present.
666          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
667          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
668          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
669          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
670          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
671          */
672         pmap_init_pat();
673 }
674
675 static void
676 pmap_init_reserved_pages(void)
677 {
678         struct pcpu *pc;
679         vm_offset_t pages;
680         int i;
681
682         CPU_FOREACH(i) {
683                 pc = pcpu_find(i);
684                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
685                     MTX_NEW);
686                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
687                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
688                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
689                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
690                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
691                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
692                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
693
694                 /*
695                  * Skip if the mappings have already been initialized,
696                  * i.e. this is the BSP.
697                  */
698                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
699                         continue;
700
701                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
702                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
703                 if (pages == 0)
704                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
705                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
706                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
707                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
708                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
709                 pc->pc_qmap_addr = pages + atop(2);
710         }
711 }
712  
713 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
714
715 /*
716  * Setup the PAT MSR.
717  */
718 void
719 pmap_init_pat(void)
720 {
721         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
722         uint64_t pat_msr;
723         u_long cr0, cr4;
724         int i;
725
726         /* Set default PAT index table. */
727         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
728                 pat_table[i] = -1;
729         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
730         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
731         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
732         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
733         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
734         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
735
736         /*
737          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
738          * We assume that PAT support implies PGE.
739          */
740         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
741                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
742                         pat_index[i] = pat_table[i];
743                 pat_works = 0;
744                 return;
745         }
746
747         /*
748          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
749          * PAT entries.
750          *
751          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
752          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
753          * or Mode C Paging)
754          *
755          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
756          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
757          */
758         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
759             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
760                 pat_works = 0;
761
762         /* Initialize default PAT entries. */
763         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
764             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
765             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
766             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
767             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
768             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
769             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
770             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
771
772         if (pat_works) {
773                 /*
774                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
775                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
776                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
777                  */
778                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
779                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
780                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
781                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
782                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
783                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
784         } else {
785                 /*
786                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
787                  */
788                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
789                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
790                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
791         }
792
793         /* Disable PGE. */
794         cr4 = rcr4();
795         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
796
797         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
798         cr0 = rcr0();
799         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
800
801         /* Flushes caches and TLBs. */
802         wbinvd();
803         invltlb();
804
805         /* Update PAT and index table. */
806         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
807         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
808                 pat_index[i] = pat_table[i];
809
810         /* Flush caches and TLBs again. */
811         wbinvd();
812         invltlb();
813
814         /* Restore caches and PGE. */
815         load_cr0(cr0);
816         load_cr4(cr4);
817 }
818
819 /*
820  * Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
821  */
822 void
823 pmap_page_init(vm_page_t m)
824 {
825
826         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
827         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
828 }
829
830 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
831 static void *
832 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
833     int wait)
834 {
835
836         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
837         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
838         return ((void *)kmem_alloc_contig_domain(domain, bytes, wait, 0x0ULL,
839             0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
840 }
841 #endif
842
843 /*
844  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
845  * Requirements:
846  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
847  *    are ever set, PG_V in particular.
848  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
849  *    on PAE systems.  This should be ok.
850  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
851  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
852  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
853  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
854  */
855 static vm_offset_t
856 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
857 {
858         pt_entry_t *pte;
859         vm_offset_t va;
860
861         va = *head;
862         if (va == 0)
863                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
864         pte = vtopte(va);
865         *head = *pte;
866         if (*head & PG_V)
867                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
868         *pte = 0;
869         return (va);
870 }
871
872 static void
873 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
874 {
875         pt_entry_t *pte;
876
877         if (va & PG_V)
878                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
879         pte = vtopte(va);
880         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
881         *head = va;
882 }
883
884 static void
885 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
886 {
887         int i;
888         vm_offset_t va;
889
890         *head = 0;
891         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
892                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
893                 pmap_ptelist_free(head, va);
894         }
895 }
896
897
898 /*
899  *      Initialize the pmap module.
900  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
901  *      system needs to map virtual memory.
902  */
903 void
904 pmap_init(void)
905 {
906         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
907         vm_page_t mpte;
908         vm_size_t s;
909         int i, pv_npg;
910
911         /*
912          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
913          * page table pages.
914          */ 
915         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
916                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
917                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
918                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
919                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
920                 mpte->pindex = i + KPTDI;
921                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
922         }
923
924         /*
925          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
926          * high water mark so that the system can recover from excessive
927          * numbers of pv entries.
928          */
929         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
930         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
931         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
932         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
933         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
934
935         /*
936          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
937          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
938          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
939          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
940          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
941          * include at least one feature that is only supported by older Intel
942          * or newer AMD processors.
943          */
944         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
945             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
946             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
947             AMDID2_FMA4)) == 0)
948                 workaround_erratum383 = 1;
949
950         /*
951          * Are large page mappings supported and enabled?
952          */
953         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
954         if (pseflag == 0)
955                 pg_ps_enabled = 0;
956         else if (pg_ps_enabled) {
957                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
958                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
959                 pagesizes[1] = NBPDR;
960         }
961
962         /*
963          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
964          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
965          */
966         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
967             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
968
969         /*
970          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
971          */
972         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
973         s = round_page(s);
974         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
975             M_WAITOK | M_ZERO);
976         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
977                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
978
979         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
980         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
981         if (pv_chunkbase == NULL)
982                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
983         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
984 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
985         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
986             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
987             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
988         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
989 #endif
990
991         pmap_initialized = 1;
992         pmap_init_trm();
993
994         if (!bootverbose)
995                 return;
996         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
997                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
998                 if (ppim->va == 0)
999                         continue;
1000                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1001                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1002         }
1003
1004 }
1005
1006
1007 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
1008         "Max number of PV entries");
1009 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
1010         "Page share factor per proc");
1011
1012 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1013     "2/4MB page mapping counters");
1014
1015 static u_long pmap_pde_demotions;
1016 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1017     &pmap_pde_demotions, 0, "2/4MB page demotions");
1018
1019 static u_long pmap_pde_mappings;
1020 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1021     &pmap_pde_mappings, 0, "2/4MB page mappings");
1022
1023 static u_long pmap_pde_p_failures;
1024 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1025     &pmap_pde_p_failures, 0, "2/4MB page promotion failures");
1026
1027 static u_long pmap_pde_promotions;
1028 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1029     &pmap_pde_promotions, 0, "2/4MB page promotions");
1030
1031 /***************************************************
1032  * Low level helper routines.....
1033  ***************************************************/
1034
1035 /*
1036  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1037  * caching mode.
1038  */
1039 int
1040 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
1041 {
1042         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1043
1044         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1045                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1046
1047         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1048         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1049
1050         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1051         pat_idx = pat_index[mode];
1052
1053         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1054         cache_bits = 0;
1055         if (pat_idx & 0x4)
1056                 cache_bits |= pat_flag;
1057         if (pat_idx & 0x2)
1058                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1059         if (pat_idx & 0x1)
1060                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1061         return (cache_bits);
1062 }
1063
1064 /*
1065  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1066  */
1067 static void
1068 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1069 {
1070         pd_entry_t *pde;
1071
1072         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1073         pde_store(pde, newpde);
1074 }
1075
1076 /*
1077  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1078  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1079  * calling processor's TLB is affected.
1080  *
1081  * The calling thread must be pinned to a processor.
1082  */
1083 static void
1084 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1085 {
1086
1087         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1088                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1089                 invlpg(va);
1090         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1091                 /*
1092                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1093                  * because there are too many to flush individually.
1094                  */
1095                 invltlb();
1096 }
1097
1098 void
1099 invltlb_glob(void)
1100 {
1101
1102         invltlb();
1103 }
1104
1105
1106 #ifdef SMP
1107 /*
1108  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1109  *
1110  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1111  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1112  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1113  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1114  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1115  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1116  * one of the following functions but before a store updating the page
1117  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1118  * processor before its pm_active field is checked but due to
1119  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1120  * pmap as inactive on the other processor.
1121  * 
1122  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1123  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1124  * processor.
1125  */
1126 void
1127 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1128 {
1129         cpuset_t *mask, other_cpus;
1130         u_int cpuid;
1131
1132         sched_pin();
1133         if (pmap == kernel_pmap) {
1134                 invlpg(va);
1135                 mask = &all_cpus;
1136         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1137                 mask = &all_cpus;
1138         } else {
1139                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1140                 other_cpus = all_cpus;
1141                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1142                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1143                 mask = &other_cpus;
1144         }
1145         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1146         sched_unpin();
1147 }
1148
1149 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1150 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1151
1152 void
1153 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1154 {
1155         cpuset_t *mask, other_cpus;
1156         vm_offset_t addr;
1157         u_int cpuid;
1158
1159         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1160                 pmap_invalidate_all(pmap);
1161                 return;
1162         }
1163
1164         sched_pin();
1165         if (pmap == kernel_pmap) {
1166                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1167                         invlpg(addr);
1168                 mask = &all_cpus;
1169         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1170                 mask = &all_cpus;
1171         } else {
1172                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1173                 other_cpus = all_cpus;
1174                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1175                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1176                 mask = &other_cpus;
1177         }
1178         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1179         sched_unpin();
1180 }
1181
1182 void
1183 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1184 {
1185         cpuset_t *mask, other_cpus;
1186         u_int cpuid;
1187
1188         sched_pin();
1189         if (pmap == kernel_pmap) {
1190                 invltlb();
1191                 mask = &all_cpus;
1192         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1193                 mask = &all_cpus;
1194         } else {
1195                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1196                 other_cpus = all_cpus;
1197                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1198                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1199                 mask = &other_cpus;
1200         }
1201         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1202         sched_unpin();
1203 }
1204
1205 void
1206 pmap_invalidate_cache(void)
1207 {
1208
1209         sched_pin();
1210         wbinvd();
1211         smp_cache_flush();
1212         sched_unpin();
1213 }
1214
1215 struct pde_action {
1216         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1217         vm_offset_t va;
1218         pd_entry_t *pde;
1219         pd_entry_t newpde;
1220         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1221 };
1222
1223 static void
1224 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1225 {
1226         struct pde_action *act = arg;
1227         pd_entry_t *pde;
1228
1229         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1230                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1231                 pde_store(pde, act->newpde);
1232         }
1233 }
1234
1235 static void
1236 pmap_update_pde_user(void *arg)
1237 {
1238         struct pde_action *act = arg;
1239
1240         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1241                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1242 }
1243
1244 static void
1245 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1246 {
1247         struct pde_action *act = arg;
1248
1249         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1250                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1251 }
1252
1253 /*
1254  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1255  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1256  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1257  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1258  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1259  * hardware error.
1260  */
1261 static void
1262 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1263 {
1264         struct pde_action act;
1265         cpuset_t active, other_cpus;
1266         u_int cpuid;
1267
1268         sched_pin();
1269         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1270         other_cpus = all_cpus;
1271         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1272         if (pmap == kernel_pmap)
1273                 active = all_cpus;
1274         else
1275                 active = pmap->pm_active;
1276         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1277                 act.store = cpuid;
1278                 act.invalidate = active;
1279                 act.va = va;
1280                 act.pde = pde;
1281                 act.newpde = newpde;
1282                 CPU_SET(cpuid, &active);
1283                 smp_rendezvous_cpus(active,
1284                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1285                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1286                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1287         } else {
1288                 if (pmap == kernel_pmap)
1289                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1290                 else
1291                         pde_store(pde, newpde);
1292                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1293                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1294         }
1295         sched_unpin();
1296 }
1297 #else /* !SMP */
1298 /*
1299  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1300  * We inline these within pmap.c for speed.
1301  */
1302 PMAP_INLINE void
1303 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1304 {
1305
1306         if (pmap == kernel_pmap)
1307                 invlpg(va);
1308 }
1309
1310 PMAP_INLINE void
1311 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1312 {
1313         vm_offset_t addr;
1314
1315         if (pmap == kernel_pmap)
1316                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1317                         invlpg(addr);
1318 }
1319
1320 PMAP_INLINE void
1321 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1322 {
1323
1324         if (pmap == kernel_pmap)
1325                 invltlb();
1326 }
1327
1328 PMAP_INLINE void
1329 pmap_invalidate_cache(void)
1330 {
1331
1332         wbinvd();
1333 }
1334
1335 static void
1336 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1337 {
1338
1339         if (pmap == kernel_pmap)
1340                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1341         else
1342                 pde_store(pde, newpde);
1343         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1344                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1345 }
1346 #endif /* !SMP */
1347
1348 static void
1349 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1350 {
1351
1352         /*
1353          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1354          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1355          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1356          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1357          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1358          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1359          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1360          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1361          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1362          */
1363         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1364                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1365         else
1366                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1367 }
1368
1369 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1370
1371 void
1372 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1373 {
1374
1375         if (force) {
1376                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
1377         } else {
1378                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1379                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1380                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1381                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1382         }
1383
1384         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1385                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1386         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1387             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1388 #ifdef DEV_APIC
1389                 /*
1390                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1391                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1392                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1393                  * don't need to flush for that range anyway.
1394                  */
1395                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1396                         return;
1397 #endif
1398                 /*
1399                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1400                  * instruction to insure that previous stores are
1401                  * included in the write-back.  The processor
1402                  * propagates flush to other processors in the cache
1403                  * coherence domain.
1404                  */
1405                 sfence();
1406                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1407                         clflushopt(sva);
1408                 sfence();
1409         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1410             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1411 #ifdef DEV_APIC
1412                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1413                         return;
1414 #endif
1415                 /*
1416                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1417                  */
1418                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1419                         mfence();
1420                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1421                         clflush(sva);
1422                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1423                         mfence();
1424         } else {
1425
1426                 /*
1427                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1428                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1429                  * Globally invalidate cache.
1430                  */
1431                 pmap_invalidate_cache();
1432         }
1433 }
1434
1435 void
1436 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1437 {
1438         int i;
1439
1440         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1441             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0) {
1442                 pmap_invalidate_cache();
1443         } else {
1444                 for (i = 0; i < count; i++)
1445                         pmap_flush_page(pages[i]);
1446         }
1447 }
1448
1449 /*
1450  * Are we current address space or kernel?
1451  */
1452 static __inline int
1453 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1454 {
1455
1456         return (pmap == kernel_pmap);
1457 }
1458
1459 /*
1460  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1461  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1462  */
1463 pt_entry_t *
1464 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1465 {
1466         pd_entry_t newpf;
1467         pd_entry_t *pde;
1468
1469         pde = pmap_pde(pmap, va);
1470         if (*pde & PG_PS)
1471                 return (pde);
1472         if (*pde != 0) {
1473                 /* are we current address space or kernel? */
1474                 if (pmap_is_current(pmap))
1475                         return (vtopte(va));
1476                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1477                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1478                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1479                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1480                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
1481                 }
1482                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1483         }
1484         return (NULL);
1485 }
1486
1487 /*
1488  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1489  * being NULL.
1490  */
1491 static __inline void
1492 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1493 {
1494
1495         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1496                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1497 }
1498
1499 /*
1500  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1501  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1502  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1503  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1504  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1505  */
1506 static __inline void
1507 invlcaddr(void *caddr)
1508 {
1509
1510         invlpg((u_int)caddr);
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1515  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1516  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1517  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1518  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1519  *
1520  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1521  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1522  */
1523 static pt_entry_t *
1524 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1525 {
1526         pd_entry_t newpf;
1527         pd_entry_t *pde;
1528
1529         pde = pmap_pde(pmap, va);
1530         if (*pde & PG_PS)
1531                 return (pde);
1532         if (*pde != 0) {
1533                 /* are we current address space or kernel? */
1534                 if (pmap_is_current(pmap))
1535                         return (vtopte(va));
1536                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1537                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1538                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1539                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1540                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1541 #ifdef SMP
1542                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1543 #endif
1544                         invlcaddr(PADDR1);
1545                         PMAP1changed++;
1546                 } else
1547 #ifdef SMP
1548                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1549                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1550                         invlcaddr(PADDR1);
1551                         PMAP1changedcpu++;
1552                 } else
1553 #endif
1554                         PMAP1unchanged++;
1555                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1556         }
1557         return (0);
1558 }
1559
1560 /*
1561  *      Routine:        pmap_extract
1562  *      Function:
1563  *              Extract the physical page address associated
1564  *              with the given map/virtual_address pair.
1565  */
1566 vm_paddr_t 
1567 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1568 {
1569         vm_paddr_t rtval;
1570         pt_entry_t *pte;
1571         pd_entry_t pde;
1572
1573         rtval = 0;
1574         PMAP_LOCK(pmap);
1575         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1576         if (pde != 0) {
1577                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1578                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1579                 else {
1580                         pte = pmap_pte(pmap, va);
1581                         rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1582                         pmap_pte_release(pte);
1583                 }
1584         }
1585         PMAP_UNLOCK(pmap);
1586         return (rtval);
1587 }
1588
1589 /*
1590  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1591  *      Function:
1592  *              Atomically extract and hold the physical page
1593  *              with the given pmap and virtual address pair
1594  *              if that mapping permits the given protection.
1595  */
1596 vm_page_t
1597 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1598 {
1599         pd_entry_t pde;
1600         pt_entry_t pte, *ptep;
1601         vm_page_t m;
1602         vm_paddr_t pa;
1603
1604         pa = 0;
1605         m = NULL;
1606         PMAP_LOCK(pmap);
1607 retry:
1608         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1609         if (pde != 0) {
1610                 if (pde & PG_PS) {
1611                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1612                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1613                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1614                                         goto retry;
1615                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1616                                     (va & PDRMASK));
1617                                 vm_page_hold(m);
1618                         }
1619                 } else {
1620                         ptep = pmap_pte(pmap, va);
1621                         pte = *ptep;
1622                         pmap_pte_release(ptep);
1623                         if (pte != 0 &&
1624                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1625                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1626                                     &pa))
1627                                         goto retry;
1628                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1629                                 vm_page_hold(m);
1630                         }
1631                 }
1632         }
1633         PA_UNLOCK_COND(pa);
1634         PMAP_UNLOCK(pmap);
1635         return (m);
1636 }
1637
1638 /***************************************************
1639  * Low level mapping routines.....
1640  ***************************************************/
1641
1642 /*
1643  * Add a wired page to the kva.
1644  * Note: not SMP coherent.
1645  *
1646  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1647  */
1648 PMAP_INLINE void 
1649 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1650 {
1651         pt_entry_t *pte;
1652
1653         pte = vtopte(va);
1654         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1655 }
1656
1657 static __inline void
1658 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1659 {
1660         pt_entry_t *pte;
1661
1662         pte = vtopte(va);
1663         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(mode, 0));
1664 }
1665
1666 /*
1667  * Remove a page from the kernel pagetables.
1668  * Note: not SMP coherent.
1669  *
1670  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1671  */
1672 PMAP_INLINE void
1673 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1674 {
1675         pt_entry_t *pte;
1676
1677         pte = vtopte(va);
1678         pte_clear(pte);
1679 }
1680
1681 /*
1682  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1683  *      virtual address space.
1684  *
1685  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1686  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1687  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1688  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1689  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1690  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1691  *      region.
1692  */
1693 vm_offset_t
1694 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1695 {
1696         vm_offset_t va, sva;
1697         vm_paddr_t superpage_offset;
1698         pd_entry_t newpde;
1699
1700         va = *virt;
1701         /*
1702          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1703          * least one superpage mapping to be created?
1704          */ 
1705         superpage_offset = start & PDRMASK;
1706         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1707                 /*
1708                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1709                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1710                  */
1711                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1712                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1713                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1714                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1715         }
1716         sva = va;
1717         while (start < end) {
1718                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1719                     pseflag) {
1720                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1721                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1722                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1723                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1724                         va += NBPDR;
1725                         start += NBPDR;
1726                 } else {
1727                         pmap_kenter(va, start);
1728                         va += PAGE_SIZE;
1729                         start += PAGE_SIZE;
1730                 }
1731         }
1732         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1733         *virt = va;
1734         return (sva);
1735 }
1736
1737
1738 /*
1739  * Add a list of wired pages to the kva
1740  * this routine is only used for temporary
1741  * kernel mappings that do not need to have
1742  * page modification or references recorded.
1743  * Note that old mappings are simply written
1744  * over.  The page *must* be wired.
1745  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1746  */
1747 void
1748 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1749 {
1750         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1751         vm_page_t m;
1752
1753         oldpte = 0;
1754         pte = vtopte(sva);
1755         endpte = pte + count;
1756         while (pte < endpte) {
1757                 m = *ma++;
1758                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1759                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1760                         oldpte |= *pte;
1761 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1762                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1763 #else
1764                         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1765 #endif
1766                 }
1767                 pte++;
1768         }
1769         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1770                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1771                     PAGE_SIZE);
1772 }
1773
1774 /*
1775  * This routine tears out page mappings from the
1776  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1777  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1778  */
1779 void
1780 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1781 {
1782         vm_offset_t va;
1783
1784         va = sva;
1785         while (count-- > 0) {
1786                 pmap_kremove(va);
1787                 va += PAGE_SIZE;
1788         }
1789         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1790 }
1791
1792 /***************************************************
1793  * Page table page management routines.....
1794  ***************************************************/
1795 /*
1796  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1797  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1798  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1799  */
1800 static __inline void
1801 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1802     boolean_t set_PG_ZERO)
1803 {
1804
1805         if (set_PG_ZERO)
1806                 m->flags |= PG_ZERO;
1807         else
1808                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1809         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1810 }
1811
1812 /*
1813  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1814  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1815  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1816  * ordered by this virtual address range.
1817  */
1818 static __inline int
1819 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1820 {
1821
1822         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1823         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1824 }
1825
1826 /*
1827  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1828  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1829  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1830  * specified virtual address.
1831  */
1832 static __inline vm_page_t
1833 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1834 {
1835
1836         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1837         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1838 }
1839
1840 /*
1841  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1842  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1843  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1844  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1845  */
1846 static inline boolean_t
1847 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1848 {
1849
1850         --m->wire_count;
1851         if (m->wire_count == 0) {
1852                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1853                 return (TRUE);
1854         } else
1855                 return (FALSE);
1856 }
1857
1858 static void
1859 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1860 {
1861         vm_offset_t pteva;
1862
1863         /*
1864          * unmap the page table page
1865          */
1866         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1867         --pmap->pm_stats.resident_count;
1868
1869         /*
1870          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1871          * take effect immediately.
1872          */
1873         pteva = VM_MAXUSER_ADDRESS + i386_ptob(m->pindex);
1874         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1875
1876         /* 
1877          * Put page on a list so that it is released after
1878          * *ALL* TLB shootdown is done
1879          */
1880         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1881 }
1882
1883 /*
1884  * After removing a page table entry, this routine is used to
1885  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1886  */
1887 static int
1888 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1889 {
1890         pd_entry_t ptepde;
1891         vm_page_t mpte;
1892
1893         if (pmap == kernel_pmap)
1894                 return (0);
1895         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1896         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1897         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
1898 }
1899
1900 /*
1901  * Initialize the pmap for the swapper process.
1902  */
1903 void
1904 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1905 {
1906
1907         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1908         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
1909 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1910         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
1911 #endif
1912         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1913         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1914         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1915         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1916         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1917 }
1918
1919 /*
1920  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1921  * such as one in a vmspace structure.
1922  */
1923 int
1924 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1925 {
1926         vm_page_t m;
1927         int i;
1928
1929         /*
1930          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1931          * page directory table.
1932          */
1933         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1934                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
1935                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
1936                         return (0);
1937 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1938                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
1939                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
1940                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
1941                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
1942                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
1943                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
1944 #endif
1945                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
1946         }
1947         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1948             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
1949
1950         /*
1951          * allocate the page directory page(s)
1952          */
1953         for (i = 0; i < NPGPTD;) {
1954                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1955                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1956                 if (m == NULL) {
1957                         vm_wait(NULL);
1958                 } else {
1959                         pmap->pm_ptdpg[i] = m;
1960 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1961                         pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
1962 #endif
1963                         i++;
1964                 }
1965         }
1966
1967         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
1968
1969         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
1970                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
1971                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
1972
1973         /* Install the trampoline mapping. */
1974         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
1975
1976         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1977         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1978         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1979
1980         return (1);
1981 }
1982
1983 /*
1984  * this routine is called if the page table page is not
1985  * mapped correctly.
1986  */
1987 static vm_page_t
1988 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
1989 {
1990         vm_paddr_t ptepa;
1991         vm_page_t m;
1992
1993         /*
1994          * Allocate a page table page.
1995          */
1996         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1997             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1998                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
1999                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2000                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2001                         vm_wait(NULL);
2002                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2003                         PMAP_LOCK(pmap);
2004                 }
2005
2006                 /*
2007                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2008                  * page may have been allocated.
2009                  */
2010                 return (NULL);
2011         }
2012         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2013                 pmap_zero_page(m);
2014
2015         /*
2016          * Map the pagetable page into the process address space, if
2017          * it isn't already there.
2018          */
2019
2020         pmap->pm_stats.resident_count++;
2021
2022         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2023         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2024                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2025
2026         return (m);
2027 }
2028
2029 static vm_page_t
2030 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2031 {
2032         u_int ptepindex;
2033         pd_entry_t ptepa;
2034         vm_page_t m;
2035
2036         /*
2037          * Calculate pagetable page index
2038          */
2039         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2040 retry:
2041         /*
2042          * Get the page directory entry
2043          */
2044         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2045
2046         /*
2047          * This supports switching from a 4MB page to a
2048          * normal 4K page.
2049          */
2050         if (ptepa & PG_PS) {
2051                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2052                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2053         }
2054
2055         /*
2056          * If the page table page is mapped, we just increment the
2057          * hold count, and activate it.
2058          */
2059         if (ptepa) {
2060                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2061                 m->wire_count++;
2062         } else {
2063                 /*
2064                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2065                  * been deallocated. 
2066                  */
2067                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2068                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2069                         goto retry;
2070         }
2071         return (m);
2072 }
2073
2074
2075 /***************************************************
2076 * Pmap allocation/deallocation routines.
2077  ***************************************************/
2078
2079 /*
2080  * Release any resources held by the given physical map.
2081  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2082  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2083  */
2084 void
2085 pmap_release(pmap_t pmap)
2086 {
2087         vm_page_t m;
2088         int i;
2089
2090         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2091             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2092             pmap->pm_stats.resident_count));
2093         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2094             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2095         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2096             ("releasing active pmap %p", pmap));
2097
2098         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2099
2100         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2101                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2102 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
2103                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2104                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2105 #endif
2106                 vm_page_unwire_noq(m);
2107                 vm_page_free(m);
2108         }
2109 }
2110
2111 static int
2112 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2113 {
2114         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
2115
2116         return (sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req));
2117 }
2118 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2119     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
2120
2121 static int
2122 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2123 {
2124         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2125
2126         return (sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req));
2127 }
2128 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2129     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
2130
2131 /*
2132  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2133  */
2134 void
2135 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2136 {
2137         vm_paddr_t ptppaddr;
2138         vm_page_t nkpg;
2139         pd_entry_t newpdir;
2140
2141         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2142         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2143         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2144                 addr = kernel_map->max_offset;
2145         while (kernel_vm_end < addr) {
2146                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2147                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2148                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2149                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2150                                 break;
2151                         }
2152                         continue;
2153                 }
2154
2155                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2156                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2157                     VM_ALLOC_ZERO);
2158                 if (nkpg == NULL)
2159                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2160
2161                 nkpt++;
2162
2163                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2164                         pmap_zero_page(nkpg);
2165                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2166                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2167                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2168
2169                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2170                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2171                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2172                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2173                         break;
2174                 }
2175         }
2176 }
2177
2178
2179 /***************************************************
2180  * page management routines.
2181  ***************************************************/
2182
2183 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2184 CTASSERT(_NPCM == 11);
2185 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2186
2187 static __inline struct pv_chunk *
2188 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2189 {
2190
2191         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2192 }
2193
2194 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2195
2196 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2197 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2198
2199 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2200         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2201         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2202         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2203         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2204 };
2205
2206 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2207         "Current number of pv entries");
2208
2209 #ifdef PV_STATS
2210 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2211
2212 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2213         "Current number of pv entry chunks");
2214 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2215         "Current number of pv entry chunks allocated");
2216 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2217         "Current number of pv entry chunks frees");
2218 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2219         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2220
2221 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2222 static int pv_entry_spare;
2223
2224 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2225         "Current number of pv entry frees");
2226 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2227         "Current number of pv entry allocs");
2228 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2229         "Current number of spare pv entries");
2230 #endif
2231
2232 /*
2233  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2234  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2235  * another pv entry chunk.
2236  */
2237 static vm_page_t
2238 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2239 {
2240         struct pch newtail;
2241         struct pv_chunk *pc;
2242         struct md_page *pvh;
2243         pd_entry_t *pde;
2244         pmap_t pmap;
2245         pt_entry_t *pte, tpte;
2246         pv_entry_t pv;
2247         vm_offset_t va;
2248         vm_page_t m, m_pc;
2249         struct spglist free;
2250         uint32_t inuse;
2251         int bit, field, freed;
2252
2253         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2254         pmap = NULL;
2255         m_pc = NULL;
2256         SLIST_INIT(&free);
2257         TAILQ_INIT(&newtail);
2258         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2259             SLIST_EMPTY(&free))) {
2260                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2261                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2262                         if (pmap != NULL) {
2263                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2264                                 if (pmap != locked_pmap)
2265                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2266                         }
2267                         pmap = pc->pc_pmap;
2268                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2269                         if (pmap > locked_pmap)
2270                                 PMAP_LOCK(pmap);
2271                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2272                                 pmap = NULL;
2273                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2274                                 continue;
2275                         }
2276                 }
2277
2278                 /*
2279                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2280                  */
2281                 freed = 0;
2282                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2283                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2284                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2285                                 bit = bsfl(inuse);
2286                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2287                                 va = pv->pv_va;
2288                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2289                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2290                                         continue;
2291                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
2292                                 tpte = *pte;
2293                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2294                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2295                                 pmap_pte_release(pte);
2296                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2297                                         continue;
2298                                 KASSERT(tpte != 0,
2299                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2300                                     pmap, va));
2301                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2302                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2303                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2304                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2305                                         vm_page_dirty(m);
2306                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2307                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2308                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2309                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2310                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2311                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2312                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2313                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2314                                                     PGA_WRITEABLE);
2315                                         }
2316                                 }
2317                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2318                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2319                                 freed++;
2320                         }
2321                 }
2322                 if (freed == 0) {
2323                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2324                         continue;
2325                 }
2326                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2327                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2328                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2329                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2330                 pv_entry_count -= freed;
2331                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2332                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2333                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2334                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2335                                     pc_list);
2336                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2337
2338                                 /*
2339                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2340                                  * sufficient.
2341                                  */
2342                                 if (pmap == locked_pmap)
2343                                         goto out;
2344                                 break;
2345                         }
2346                 if (field == _NPCM) {
2347                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2348                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2349                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2350                         /* Entire chunk is free; return it. */
2351                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2352                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2353                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2354                         break;
2355                 }
2356         }
2357 out:
2358         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2359         if (pmap != NULL) {
2360                 pmap_invalidate_all(pmap);
2361                 if (pmap != locked_pmap)
2362                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2363         }
2364         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2365                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2366                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2367                 /* Recycle a freed page table page. */
2368                 m_pc->wire_count = 1;
2369         }
2370         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2371         return (m_pc);
2372 }
2373
2374 /*
2375  * free the pv_entry back to the free list
2376  */
2377 static void
2378 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2379 {
2380         struct pv_chunk *pc;
2381         int idx, field, bit;
2382
2383         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2384         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2385         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2386         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2387         pv_entry_count--;
2388         pc = pv_to_chunk(pv);
2389         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2390         field = idx / 32;
2391         bit = idx % 32;
2392         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2393         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2394                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2395                         /*
2396                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2397                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2398                          */
2399                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2400                             pc)) {
2401                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2402                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2403                                     pc_list);
2404                         }
2405                         return;
2406                 }
2407         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2408         free_pv_chunk(pc);
2409 }
2410
2411 static void
2412 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2413 {
2414         vm_page_t m;
2415
2416         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2417         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2418         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2419         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2420         /* entire chunk is free, return it */
2421         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2422         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2423         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
2424         vm_page_free(m);
2425         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2426 }
2427
2428 /*
2429  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2430  * when needed.
2431  */
2432 static pv_entry_t
2433 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2434 {
2435         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2436         static struct timeval lastprint;
2437         int bit, field;
2438         pv_entry_t pv;
2439         struct pv_chunk *pc;
2440         vm_page_t m;
2441
2442         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2443         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2444         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2445         pv_entry_count++;
2446         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2447                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2448                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2449                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2450                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
2451 retry:
2452         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2453         if (pc != NULL) {
2454                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2455                         if (pc->pc_map[field]) {
2456                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2457                                 break;
2458                         }
2459                 }
2460                 if (field < _NPCM) {
2461                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2462                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2463                         /* If this was the last item, move it to tail */
2464                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2465                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2466                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2467                                         return (pv);    /* not full, return */
2468                                 }
2469                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2470                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2471                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2472                         return (pv);
2473                 }
2474         }
2475         /*
2476          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2477          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2478          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2479          */
2480         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2481             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2482                 if (try) {
2483                         pv_entry_count--;
2484                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2485                         return (NULL);
2486                 }
2487                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2488                 if (m == NULL)
2489                         goto retry;
2490         }
2491         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2492         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2493         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2494         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2495         pc->pc_pmap = pmap;
2496         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2497         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2498                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2499         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2500         pv = &pc->pc_pventry[0];
2501         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2502         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2503         return (pv);
2504 }
2505
2506 static __inline pv_entry_t
2507 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2508 {
2509         pv_entry_t pv;
2510
2511         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2512         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2513                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2514                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2515                         break;
2516                 }
2517         }
2518         return (pv);
2519 }
2520
2521 static void
2522 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2523 {
2524         struct md_page *pvh;
2525         pv_entry_t pv;
2526         vm_offset_t va_last;
2527         vm_page_t m;
2528
2529         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2530         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2531             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2532
2533         /*
2534          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2535          * page's pv list.
2536          */
2537         pvh = pa_to_pvh(pa);
2538         va = trunc_4mpage(va);
2539         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2540         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2541         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2542         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2543         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2544         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2545         do {
2546                 m++;
2547                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2548                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2549                 va += PAGE_SIZE;
2550                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2551         } while (va < va_last);
2552 }
2553
2554 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2555 static void
2556 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2557 {
2558         struct md_page *pvh;
2559         pv_entry_t pv;
2560         vm_offset_t va_last;
2561         vm_page_t m;
2562
2563         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2564         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2565             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2566
2567         /*
2568          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2569          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2570          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2571          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2572          * removes one of the mappings that is being promoted.
2573          */
2574         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2575         va = trunc_4mpage(va);
2576         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2577         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2578         pvh = pa_to_pvh(pa);
2579         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2580         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2581         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2582         do {
2583                 m++;
2584                 va += PAGE_SIZE;
2585                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2586         } while (va < va_last);
2587 }
2588 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2589
2590 static void
2591 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2592 {
2593         pv_entry_t pv;
2594
2595         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2596         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2597         free_pv_entry(pmap, pv);
2598 }
2599
2600 static void
2601 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2602 {
2603         struct md_page *pvh;
2604
2605         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2606         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2607         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2608                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2609                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2610                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2611         }
2612 }
2613
2614 /*
2615  * Create a pv entry for page at pa for
2616  * (pmap, va).
2617  */
2618 static void
2619 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2620 {
2621         pv_entry_t pv;
2622
2623         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2624         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2625         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2626         pv->pv_va = va;
2627         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2628 }
2629
2630 /*
2631  * Conditionally create a pv entry.
2632  */
2633 static boolean_t
2634 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2635 {
2636         pv_entry_t pv;
2637
2638         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2639         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2640         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2641             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2642                 pv->pv_va = va;
2643                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2644                 return (TRUE);
2645         } else
2646                 return (FALSE);
2647 }
2648
2649 /*
2650  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2651  */
2652 static boolean_t
2653 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2654 {
2655         struct md_page *pvh;
2656         pv_entry_t pv;
2657
2658         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2659         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2660             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2661                 pv->pv_va = va;
2662                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2663                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2664                 return (TRUE);
2665         } else
2666                 return (FALSE);
2667 }
2668
2669 /*
2670  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2671  */
2672 static void
2673 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2674 {
2675         pt_entry_t *pte;
2676
2677         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2678                 *pte = newpte;  
2679                 newpte += PAGE_SIZE;
2680         }
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2685  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2686  */
2687 static boolean_t
2688 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2689 {
2690         pd_entry_t newpde, oldpde;
2691         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2692         vm_paddr_t mptepa;
2693         vm_page_t mpte;
2694         struct spglist free;
2695         vm_offset_t sva;
2696
2697         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2698         oldpde = *pde;
2699         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2700             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2701         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2702             NULL) {
2703                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2704                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2705                     " is missing"));
2706
2707                 /*
2708                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2709                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2710                  * allocation of the new page table page fails.
2711                  */
2712                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2713                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2714                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2715                         SLIST_INIT(&free);
2716                         sva = trunc_4mpage(va);
2717                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2718                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2719                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2720                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2721                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2722                             " in pmap %p", va, pmap);
2723                         return (FALSE);
2724                 }
2725                 if (pmap != kernel_pmap)
2726                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2727         }
2728         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2729
2730         /*
2731          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2732          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2733          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2734          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2735          */
2736         if (pmap == kernel_pmap)
2737                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2738         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2739                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2740                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2741 #ifdef SMP
2742                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2743 #endif
2744                         invlcaddr(PADDR1);
2745                         PMAP1changed++;
2746                 } else
2747 #ifdef SMP
2748                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2749                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2750                         invlcaddr(PADDR1);
2751                         PMAP1changedcpu++;
2752                 } else
2753 #endif
2754                         PMAP1unchanged++;
2755                 firstpte = PADDR1;
2756         } else {
2757                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2758                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2759                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2760                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
2761                 }
2762                 firstpte = PADDR2;
2763         }
2764         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2765         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2766             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2767         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2768             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2769         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2770         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2771                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2772
2773         /*
2774          * If the page table page is new, initialize it.
2775          */
2776         if (mpte->wire_count == 1) {
2777                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2778                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2779         }
2780         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2781             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2782             " addresses"));
2783
2784         /*
2785          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2786          * entries.
2787          */ 
2788         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2789                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2790         
2791         /*
2792          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2793          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2794          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2795          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2796          * the read above and the store below. 
2797          */
2798         if (workaround_erratum383)
2799                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2800         else if (pmap == kernel_pmap)
2801                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2802         else
2803                 pde_store(pde, newpde); 
2804         if (firstpte == PADDR2)
2805                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2806
2807         /*
2808          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2809          */
2810         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2811
2812         /*
2813          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2814          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2815          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2816          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2817          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2818          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2819          * the 2mpage to referencing the page table page.
2820          */
2821         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2822                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2823
2824         pmap_pde_demotions++;
2825         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2826             " in pmap %p", va, pmap);
2827         return (TRUE);
2828 }
2829
2830 /*
2831  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2832  */
2833 static void
2834 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2835 {
2836         pd_entry_t newpde;
2837         vm_paddr_t mptepa;
2838         vm_page_t mpte;
2839
2840         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2841         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2842         if (mpte == NULL)
2843                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2844
2845         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2846         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2847
2848         /*
2849          * Initialize the page table page.
2850          */
2851         pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2852
2853         /*
2854          * Remove the mapping.
2855          */
2856         if (workaround_erratum383)
2857                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2858         else 
2859                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2860
2861         /*
2862          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2863          */
2864         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2865 }
2866
2867 /*
2868  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2869  */
2870 static void
2871 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2872     struct spglist *free)
2873 {
2874         struct md_page *pvh;
2875         pd_entry_t oldpde;
2876         vm_offset_t eva, va;
2877         vm_page_t m, mpte;
2878
2879         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2880         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2881             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2882         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2883         if (oldpde & PG_W)
2884                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2885
2886         /*
2887          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2888          * PG_G.
2889          */
2890         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2891                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2892
2893         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2894         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2895                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2896                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2897                 eva = sva + NBPDR;
2898                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2899                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2900                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2901                                 vm_page_dirty(m);
2902                         if (oldpde & PG_A)
2903                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2904                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2905                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2906                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2907                 }
2908         }
2909         if (pmap == kernel_pmap) {
2910                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
2911         } else {
2912                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2913                 if (mpte != NULL) {
2914                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2915                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2916                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2917                         mpte->wire_count = 0;
2918                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2919                 }
2920         }
2921 }
2922
2923 /*
2924  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2925  */
2926 static int
2927 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2928     struct spglist *free)
2929 {
2930         pt_entry_t oldpte;
2931         vm_page_t m;
2932
2933         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2934         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2935         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2936         KASSERT(oldpte != 0,
2937             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
2938         if (oldpte & PG_W)
2939                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2940         /*
2941          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2942          * PG_G.
2943          */
2944         if (oldpte & PG_G)
2945                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
2946         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2947         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2948                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2949                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2950                         vm_page_dirty(m);
2951                 if (oldpte & PG_A)
2952                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2953                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2954         }
2955         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
2956 }
2957
2958 /*
2959  * Remove a single page from a process address space
2960  */
2961 static void
2962 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2963 {
2964         pt_entry_t *pte;
2965
2966         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2967         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
2968         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2969         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
2970                 return;
2971         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
2972         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2973 }
2974
2975 /*
2976  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2977  *
2978  *      It is assumed that the start and end are properly
2979  *      rounded to the page size.
2980  */
2981 void
2982 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2983 {
2984         vm_offset_t pdnxt;
2985         pd_entry_t ptpaddr;
2986         pt_entry_t *pte;
2987         struct spglist free;
2988         int anyvalid;
2989
2990         /*
2991          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2992          */
2993         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2994                 return;
2995
2996         anyvalid = 0;
2997         SLIST_INIT(&free);
2998
2999         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3000         sched_pin();
3001         PMAP_LOCK(pmap);
3002
3003         /*
3004          * special handling of removing one page.  a very
3005          * common operation and easy to short circuit some
3006          * code.
3007          */
3008         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3009             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3010                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3011                 goto out;
3012         }
3013
3014         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3015                 u_int pdirindex;
3016
3017                 /*
3018                  * Calculate index for next page table.
3019                  */
3020                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3021                 if (pdnxt < sva)
3022                         pdnxt = eva;
3023                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3024                         break;
3025
3026                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3027                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3028
3029                 /*
3030                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3031                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3032                  */
3033                 if (ptpaddr == 0)
3034                         continue;
3035
3036                 /*
3037                  * Check for large page.
3038                  */
3039                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3040                         /*
3041                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3042                          * demote the mapping and fall through.
3043                          */
3044                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3045                                 /*
3046                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3047                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3048                                  */
3049                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3050                                         anyvalid = 1;
3051                                 pmap_remove_pde(pmap,
3052                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3053                                 continue;
3054                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3055                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3056                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3057                                 continue;
3058                         }
3059                 }
3060
3061                 /*
3062                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3063                  * by the current page table page, or to the end of the
3064                  * range being removed.
3065                  */
3066                 if (pdnxt > eva)
3067                         pdnxt = eva;
3068
3069                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3070                     sva += PAGE_SIZE) {
3071                         if (*pte == 0)
3072                                 continue;
3073
3074                         /*
3075                          * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated
3076                          * by pmap_remove_pte().
3077                          */
3078                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3079                                 anyvalid = 1;
3080                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &free))
3081                                 break;
3082                 }
3083         }
3084 out:
3085         sched_unpin();
3086         if (anyvalid)
3087                 pmap_invalidate_all(pmap);
3088         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3089         PMAP_UNLOCK(pmap);
3090         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3091 }
3092
3093 /*
3094  *      Routine:        pmap_remove_all
3095  *      Function:
3096  *              Removes this physical page from
3097  *              all physical maps in which it resides.
3098  *              Reflects back modify bits to the pager.
3099  *
3100  *      Notes:
3101  *              Original versions of this routine were very
3102  *              inefficient because they iteratively called
3103  *              pmap_remove (slow...)
3104  */
3105
3106 void
3107 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3108 {
3109         struct md_page *pvh;
3110         pv_entry_t pv;
3111         pmap_t pmap;
3112         pt_entry_t *pte, tpte;
3113         pd_entry_t *pde;
3114         vm_offset_t va;
3115         struct spglist free;
3116
3117         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3118             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3119         SLIST_INIT(&free);
3120         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3121         sched_pin();
3122         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3123                 goto small_mappings;
3124         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3125         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3126                 va = pv->pv_va;
3127                 pmap = PV_PMAP(pv);
3128                 PMAP_LOCK(pmap);
3129                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3130                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3131                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3132         }
3133 small_mappings:
3134         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3135                 pmap = PV_PMAP(pv);
3136                 PMAP_LOCK(pmap);
3137                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3138                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3139                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3140                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3141                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3142                 tpte = pte_load_clear(pte);
3143                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3144                     pmap, pv->pv_va));
3145                 if (tpte & PG_W)
3146                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3147                 if (tpte & PG_A)
3148                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3149
3150                 /*
3151                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3152                  */
3153                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3154                         vm_page_dirty(m);
3155                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3156                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3157                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3158                 free_pv_entry(pmap, pv);
3159                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3160         }
3161         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3162         sched_unpin();
3163         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3164         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3165 }
3166
3167 /*
3168  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3169  */
3170 static boolean_t
3171 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3172 {
3173         pd_entry_t newpde, oldpde;
3174         vm_offset_t eva, va;
3175         vm_page_t m;
3176         boolean_t anychanged;
3177
3178         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3179         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3180             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3181         anychanged = FALSE;
3182 retry:
3183         oldpde = newpde = *pde;
3184         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3185             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3186                 eva = sva + NBPDR;
3187                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3188                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3189                         vm_page_dirty(m);
3190         }
3191         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3192                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3193 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3194         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3195                 newpde |= pg_nx;
3196 #endif
3197         if (newpde != oldpde) {
3198                 /*
3199                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3200                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3201                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3202                  */
3203                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3204                         goto retry;
3205                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3206                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3207                 else
3208                         anychanged = TRUE;
3209         }
3210         return (anychanged);
3211 }
3212
3213 /*
3214  *      Set the physical protection on the
3215  *      specified range of this map as requested.
3216  */
3217 void
3218 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3219 {
3220         vm_offset_t pdnxt;
3221         pd_entry_t ptpaddr;
3222         pt_entry_t *pte;
3223         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3224
3225         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3226         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3227                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3228                 return;
3229         }
3230
3231 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3232         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3233             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3234                 return;
3235 #else
3236         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3237                 return;
3238 #endif
3239
3240         if (pmap_is_current(pmap))
3241                 pv_lists_locked = FALSE;
3242         else {
3243                 pv_lists_locked = TRUE;
3244 resume:
3245                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3246                 sched_pin();
3247         }
3248         anychanged = FALSE;
3249
3250         PMAP_LOCK(pmap);
3251         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3252                 pt_entry_t obits, pbits;
3253                 u_int pdirindex;
3254
3255                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3256                 if (pdnxt < sva)
3257                         pdnxt = eva;
3258
3259                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3260                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3261
3262                 /*
3263                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3264                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3265                  */
3266                 if (ptpaddr == 0)
3267                         continue;
3268
3269                 /*
3270                  * Check for large page.
3271                  */
3272                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3273                         /*
3274                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3275                          * demote the mapping and fall through.
3276                          */
3277                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3278                                 /*
3279                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3280                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3281                                  */
3282                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3283                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3284                                         anychanged = TRUE;
3285                                 continue;
3286                         } else {
3287                                 if (!pv_lists_locked) {
3288                                         pv_lists_locked = TRUE;
3289                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3290                                                 if (anychanged)
3291                                                         pmap_invalidate_all(
3292                                                             pmap);
3293                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3294                                                 goto resume;
3295                                         }
3296                                         sched_pin();
3297                                 }
3298                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3299                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3300                                         /*
3301                                          * The large page mapping was
3302                                          * destroyed.
3303                                          */
3304                                         continue;
3305                                 }
3306                         }
3307                 }
3308
3309                 if (pdnxt > eva)
3310                         pdnxt = eva;
3311
3312                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3313                     sva += PAGE_SIZE) {
3314                         vm_page_t m;
3315
3316 retry:
3317                         /*
3318                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3319                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3320                          * significant 32 bits.
3321                          */
3322                         obits = pbits = *pte;
3323                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3324                                 continue;
3325
3326                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3327                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3328                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3329                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3330                                         vm_page_dirty(m);
3331                                 }
3332                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3333                         }
3334 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3335                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3336                                 pbits |= pg_nx;
3337 #endif
3338
3339                         if (pbits != obits) {
3340 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3341                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3342                                         goto retry;
3343 #else
3344                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3345                                     pbits))
3346                                         goto retry;
3347 #endif
3348                                 if (obits & PG_G)
3349                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3350                                 else
3351                                         anychanged = TRUE;
3352                         }
3353                 }
3354         }
3355         if (anychanged)
3356                 pmap_invalidate_all(pmap);
3357         if (pv_lists_locked) {
3358                 sched_unpin();
3359                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3360         }
3361         PMAP_UNLOCK(pmap);
3362 }
3363
3364 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3365 /*
3366  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3367  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3368  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3369  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3370  * mappings must have identical characteristics.
3371  *
3372  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3373  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3374  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3375  * pmap.
3376  */
3377 static void
3378 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3379 {
3380         pd_entry_t newpde;
3381         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3382         vm_offset_t oldpteva;
3383         vm_page_t mpte;
3384
3385         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3386
3387         /*
3388          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3389          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3390          * within a 2- or 4MB page.
3391          */
3392         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3393 setpde:
3394         newpde = *firstpte;
3395         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3396                 pmap_pde_p_failures++;
3397                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3398                     " in pmap %p", va, pmap);
3399                 return;
3400         }
3401         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3402                 pmap_pde_p_failures++;
3403                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3404                     " in pmap %p", va, pmap);
3405                 return;
3406         }
3407         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3408                 /*
3409                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3410                  * a TLB invalidation.
3411                  */
3412                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3413                     ~PG_RW))  
3414                         goto setpde;
3415                 newpde &= ~PG_RW;
3416         }
3417
3418         /* 
3419          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3420          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3421          * characteristics to the first PTE.
3422          */
3423         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3424         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3425 setpte:
3426                 oldpte = *pte;
3427                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3428                         pmap_pde_p_failures++;
3429                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3430                             " in pmap %p", va, pmap);
3431                         return;
3432                 }
3433                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3434                         /*
3435                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3436                          * without a TLB invalidation.
3437                          */
3438                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3439                             oldpte & ~PG_RW))
3440                                 goto setpte;
3441                         oldpte &= ~PG_RW;
3442                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3443                             (va & ~PDRMASK);
3444                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3445                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3446                 }
3447                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3448                         pmap_pde_p_failures++;
3449                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3450                             " in pmap %p", va, pmap);
3451                         return;
3452                 }
3453                 pa -= PAGE_SIZE;
3454         }
3455
3456         /*
3457          * Save the page table page in its current state until the PDE
3458          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3459          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3460          */
3461         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3462         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3463             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3464             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3465         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3466             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3467         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
3468                 pmap_pde_p_failures++;
3469                 CTR2(KTR_PMAP,
3470                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3471                     pmap);
3472                 return;
3473         }
3474
3475         /*
3476          * Promote the pv entries.
3477          */
3478         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3479                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3480
3481         /*
3482          * Propagate the PAT index to its proper position.
3483          */
3484         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3485                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3486
3487         /*
3488          * Map the superpage.
3489          */
3490         if (workaround_erratum383)
3491                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3492         else if (pmap == kernel_pmap)
3493                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3494         else
3495                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3496
3497         pmap_pde_promotions++;
3498         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3499             " in pmap %p", va, pmap);
3500 }
3501 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3502
3503 /*
3504  *      Insert the given physical page (p) at
3505  *      the specified virtual address (v) in the
3506  *      target physical map with the protection requested.
3507  *
3508  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3509  *      that the related pte can not be reclaimed.
3510  *
3511  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3512  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3513  *      insert this page into the given map NOW.
3514  */
3515 int
3516 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3517     u_int flags, int8_t psind)
3518 {
3519         pd_entry_t *pde;
3520         pt_entry_t *pte;
3521         pt_entry_t newpte, origpte;
3522         pv_entry_t pv;
3523         vm_paddr_t opa, pa;
3524         vm_page_t mpte, om;
3525         boolean_t invlva, wired;
3526
3527         va = trunc_page(va);
3528         mpte = NULL;
3529         wired = (flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0;
3530
3531         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3532             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3533             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3534         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3535             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3536             va));
3537         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3538                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3539
3540         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3541         PMAP_LOCK(pmap);
3542         sched_pin();
3543
3544         pde = pmap_pde(pmap, va);
3545         if (pmap != kernel_pmap) {
3546                 /*
3547                  * va is for UVA.
3548                  * In the case that a page table page is not resident,
3549                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3550                  * demotion.
3551                  */
3552                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3553                 if (mpte == NULL) {
3554                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3555                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3556                         sched_unpin();
3557                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3558                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3559                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3560                 }
3561         } else {
3562                 /*
3563                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3564                  * to install a page table page.  PG_V is also
3565                  * asserted by pmap_demote_pde().
3566                  */
3567                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3568                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3569                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3570                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3571                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3572         }
3573         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3574
3575         /*
3576          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3577          * happen.  We should have either allocated the page table
3578          * page or demoted the existing mapping above.
3579          */
3580         if (pte == NULL) {
3581                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3582                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3583         }
3584
3585         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3586         om = NULL;
3587         origpte = *pte;
3588         opa = origpte & PG_FRAME;
3589
3590         /*
3591          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3592          */
3593         if (origpte && (opa == pa)) {
3594                 /*
3595                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3596                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3597                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3598                  * the PT page will be also.
3599                  */
3600                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3601                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3602                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3603                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3604
3605                 /*
3606                  * Remove extra pte reference
3607                  */
3608                 if (mpte)
3609                         mpte->wire_count--;
3610
3611                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3612                         om = m;
3613                         pa |= PG_MANAGED;
3614                 }
3615                 goto validate;
3616         } 
3617
3618         pv = NULL;
3619
3620         /*
3621          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3622          * handle validating new mapping.
3623          */
3624         if (opa) {
3625                 if (origpte & PG_W)
3626                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3627                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3628                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3629                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3630                 }
3631                 if (mpte != NULL) {
3632                         mpte->wire_count--;
3633                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3634                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3635                              " va: 0x%x", va));
3636                 }
3637         } else
3638                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3639
3640         /*
3641          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3642          */
3643         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3644                 KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
3645                     va >= kmi.clean_eva,
3646                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3647                 if (pv == NULL)
3648                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3649                 pv->pv_va = va;
3650                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3651                 pa |= PG_MANAGED;
3652         } else if (pv != NULL)
3653                 free_pv_entry(pmap, pv);
3654
3655         /*
3656          * Increment counters
3657          */
3658         if (wired)
3659                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3660
3661 validate:
3662         /*
3663          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3664          */
3665         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3666         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3667                 newpte |= PG_RW;
3668                 if ((newpte & PG_MANAGED) != 0)
3669                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3670         }
3671 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3672         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3673                 newpte |= pg_nx;
3674 #endif
3675         if (wired)
3676                 newpte |= PG_W;
3677         if (pmap != kernel_pmap)
3678                 newpte |= PG_U;
3679
3680         /*
3681          * if the mapping or permission bits are different, we need
3682          * to update the pte.
3683          */
3684         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3685                 newpte |= PG_A;
3686                 if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3687                         newpte |= PG_M;
3688                 if (origpte & PG_V) {
3689                         invlva = FALSE;
3690                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3691                         if (origpte & PG_A) {
3692                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3693                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3694                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m))
3695                                         invlva = TRUE;
3696 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3697                                 if ((origpte & PG_NX) == 0 &&
3698                                     (newpte & PG_NX) != 0)
3699                                         invlva = TRUE;
3700 #endif
3701                         }
3702                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3703                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3704                                         vm_page_dirty(om);
3705                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3706                                         invlva = TRUE;
3707                         }
3708                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3709                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3710                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3711                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3712                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3713                         if (invlva)
3714                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3715                 } else
3716                         pte_store(pte, newpte);
3717         }
3718
3719 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3720         /*
3721          * If both the page table page and the reservation are fully
3722          * populated, then attempt promotion.
3723          */
3724         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3725             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3726             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3727                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3728 #endif
3729
3730         sched_unpin();
3731         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3732         PMAP_UNLOCK(pmap);
3733         return (KERN_SUCCESS);
3734 }
3735
3736 /*
3737  * Tries to create a 2- or 4MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
3738  * FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3739  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3740  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3741  */
3742 static boolean_t
3743 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3744 {
3745         pd_entry_t *pde, newpde;
3746
3747         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3748         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3749         pde = pmap_pde(pmap, va);
3750         if (*pde != 0) {
3751                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3752                     " in pmap %p", va, pmap);
3753                 return (FALSE);
3754         }
3755         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3756             PG_PS | PG_V;
3757         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3758                 newpde |= PG_MANAGED;
3759
3760                 /*
3761                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3762                  */
3763                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3764                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3765                             " in pmap %p", va, pmap);
3766                         return (FALSE);
3767                 }
3768         }
3769 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3770         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3771                 newpde |= pg_nx;
3772 #endif
3773         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3774                 newpde |= PG_U;
3775
3776         /*
3777          * Increment counters.
3778          */
3779         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3780
3781         /*
3782          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
3783          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
3784          */
3785         pde_store(pde, newpde);
3786
3787         pmap_pde_mappings++;
3788         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3789             " in pmap %p", va, pmap);
3790         return (TRUE);
3791 }
3792
3793 /*
3794  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3795  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3796  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3797  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3798  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3799  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3800  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3801  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3802  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3803  * corresponding offset from m_start are mapped.
3804  */
3805 void
3806 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3807     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3808 {
3809         vm_offset_t va;
3810         vm_page_t m, mpte;
3811         vm_pindex_t diff, psize;
3812
3813         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3814
3815         psize = atop(end - start);
3816         mpte = NULL;
3817         m = m_start;
3818         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3819         PMAP_LOCK(pmap);
3820         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3821                 va = start + ptoa(diff);
3822                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3823                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
3824                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3825                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3826                 else
3827                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3828                             mpte);
3829                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3830         }
3831         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3832         PMAP_UNLOCK(pmap);
3833 }
3834
3835 /*
3836  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3837  * 1. Current pmap & pmap exists.
3838  * 2. Not wired.
3839  * 3. Read access.
3840  * 4. No page table pages.
3841  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3842  */
3843
3844 void
3845 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3846 {
3847
3848         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3849         PMAP_LOCK(pmap);
3850         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3851         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3852         PMAP_UNLOCK(pmap);
3853 }
3854
3855 static vm_page_t
3856 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3857     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3858 {
3859         pt_entry_t *pte;
3860         vm_paddr_t pa;
3861         struct spglist free;
3862
3863         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
3864             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3865             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3866         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3867         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3868
3869         /*
3870          * In the case that a page table page is not
3871          * resident, we are creating it here.
3872          */
3873         if (pmap != kernel_pmap) {
3874                 u_int ptepindex;
3875                 pd_entry_t ptepa;
3876
3877                 /*
3878                  * Calculate pagetable page index
3879                  */
3880                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
3881                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3882                         mpte->wire_count++;
3883                 } else {
3884                         /*
3885                          * Get the page directory entry
3886                          */
3887                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
3888
3889                         /*
3890                          * If the page table page is mapped, we just increment
3891                          * the hold count, and activate it.
3892                          */
3893                         if (ptepa) {
3894                                 if (ptepa & PG_PS)
3895                                         return (NULL);
3896                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
3897                                 mpte->wire_count++;
3898                         } else {
3899                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3900                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
3901                                 if (mpte == NULL)
3902                                         return (mpte);
3903                         }
3904                 }
3905         } else {
3906                 mpte = NULL;
3907         }
3908
3909         /* XXXKIB: pmap_pte_quick() instead ? */
3910         pte = pmap_pte(pmap, va);
3911         if (*pte) {
3912                 if (mpte != NULL) {
3913                         mpte->wire_count--;
3914                         mpte = NULL;
3915                 }
3916                 pmap_pte_release(pte);
3917                 return (mpte);
3918         }
3919
3920         /*
3921          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3922          */
3923         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3924             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3925                 if (mpte != NULL) {
3926                         SLIST_INIT(&free);
3927                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
3928                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3929                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3930                         }
3931                         
3932                         mpte = NULL;
3933                 }
3934                 pmap_pte_release(pte);
3935                 return (mpte);
3936         }
3937
3938         /*
3939          * Increment counters
3940          */
3941         pmap->pm_stats.resident_count++;
3942
3943         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3944 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3945         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3946                 pa |= pg_nx;
3947 #endif
3948
3949         /*
3950          * Now validate mapping with RO protection
3951          */
3952         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3953                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3954         else
3955                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3956         pmap_pte_release(pte);
3957         return (mpte);
3958 }
3959
3960 /*
3961  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3962  * to be used for panic dumps.
3963  */
3964 void *
3965 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3966 {
3967         vm_offset_t va;
3968
3969         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3970         pmap_kenter(va, pa);
3971         invlpg(va);
3972         return ((void *)crashdumpmap);
3973 }
3974
3975 /*
3976  * This code maps large physical mmap regions into the
3977  * processor address space.  Note that some shortcuts
3978  * are taken, but the code works.
3979  */
3980 void
3981 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3982     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3983 {
3984         pd_entry_t *pde;
3985         vm_paddr_t pa, ptepa;
3986         vm_page_t p;
3987         int pat_mode;
3988
3989         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3990         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3991             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3992         if (pseflag && 
3993             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3994                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3995                         return;
3996                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3997                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3998                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
3999                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4000
4001                 /*
4002                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4003                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4004                  */
4005                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4006                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4007                         return;
4008
4009                 /*
4010                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4011                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4012                  * memory attributes.
4013                  */
4014                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4015                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4016                     pa += PAGE_SIZE) {
4017                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4018                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4019                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4020                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4021                                 return;
4022                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4023                 }
4024
4025                 /*
4026                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4027                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4028                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4029                  */
4030                 PMAP_LOCK(pmap);
4031                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
4032                     size; pa += NBPDR) {
4033                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4034                         if (*pde == 0) {
4035                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4036                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4037                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4038                                     PAGE_SIZE;
4039                                 pmap_pde_mappings++;
4040                         }
4041                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4042                         addr += NBPDR;
4043                 }
4044                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4045         }
4046 }
4047
4048 /*
4049  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4050  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4051  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4052  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4053  *
4054  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4055  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4056  */
4057 void
4058 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4059 {
4060         vm_offset_t pdnxt;
4061         pd_entry_t *pde;
4062         pt_entry_t *pte;
4063         boolean_t pv_lists_locked;
4064
4065         if (pmap_is_current(pmap))
4066                 pv_lists_locked = FALSE;
4067         else {
4068                 pv_lists_locked = TRUE;
4069 resume:
4070                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4071                 sched_pin();
4072         }
4073         PMAP_LOCK(pmap);
4074         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4075                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4076                 if (pdnxt < sva)
4077                         pdnxt = eva;
4078                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4079                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4080                         continue;
4081                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4082                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4083                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4084                                     (uintmax_t)*pde);
4085
4086                         /*
4087                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4088                          * demote the mapping and fall through.
4089                          */
4090                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4091                                 /*
4092                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4093                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4094                                  * significant 32 bits.
4095                                  */
4096                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4097                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4098                                     PAGE_SIZE;
4099                                 continue;
4100                         } else {
4101                                 if (!pv_lists_locked) {
4102                                         pv_lists_locked = TRUE;
4103                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4104                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4105                                                 /* Repeat sva. */
4106                                                 goto resume;
4107                                         }
4108                                         sched_pin();
4109                                 }
4110                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4111                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4112                         }
4113                 }
4114                 if (pdnxt > eva)
4115                         pdnxt = eva;
4116                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4117                     sva += PAGE_SIZE) {
4118                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4119                                 continue;
4120                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4121                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4122                                     (uintmax_t)*pte);
4123
4124                         /*
4125                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4126                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4127                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4128                          *
4129                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4130                          */
4131                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4132                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4133                 }
4134         }
4135         if (pv_lists_locked) {
4136                 sched_unpin();
4137                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4138         }
4139         PMAP_UNLOCK(pmap);
4140 }
4141
4142
4143 /*
4144  *      Copy the range specified by src_addr/len
4145  *      from the source map to the range dst_addr/len
4146  *      in the destination map.
4147  *
4148  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4149  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4150  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4151  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4152  *      world.
4153  */
4154
4155 void
4156 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4157     vm_offset_t src_addr)
4158 {
4159 }
4160
4161 /*
4162  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4163  */
4164 static __inline void
4165 pagezero(void *page)
4166 {
4167 #if defined(I686_CPU)
4168         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4169                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4170                         sse2_pagezero(page);
4171                 else
4172                         i686_pagezero(page);
4173         } else
4174 #endif
4175                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4176 }
4177
4178 /*
4179  * Zero the specified hardware page.
4180  */
4181 void
4182 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4183 {
4184         pt_entry_t *cmap_pte2;
4185         struct pcpu *pc;
4186
4187         sched_pin();
4188         pc = get_pcpu();
4189         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4190         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4191         if (*cmap_pte2)
4192                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4193         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4194             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4195         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4196         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4197         *cmap_pte2 = 0;
4198
4199         /*
4200          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4201          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4202          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4203          */
4204         sched_unpin();
4205         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4206 }
4207
4208 /*
4209  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4210  * cover an area beyond a single hardware page.
4211  */
4212 void
4213 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4214 {
4215         pt_entry_t *cmap_pte2;
4216         struct pcpu *pc;
4217
4218         sched_pin();
4219         pc = get_pcpu();
4220         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4221         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4222         if (*cmap_pte2)
4223                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4224         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4225             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4226         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4227         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4228                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4229         else
4230                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4231         *cmap_pte2 = 0;
4232         sched_unpin();
4233         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4234 }
4235
4236 /*
4237  * Copy 1 specified hardware page to another.
4238  */
4239 void
4240 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4241 {
4242         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4243         struct pcpu *pc;
4244
4245         sched_pin();
4246         pc = get_pcpu();
4247         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4248         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4249         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4250         if (*cmap_pte1)
4251                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4252         if (*cmap_pte2)
4253                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4254         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4255             pmap_cache_bits(src->md.pat_mode, 0);
4256         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4257         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4258             pmap_cache_bits(dst->md.pat_mode, 0);
4259         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4260         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4261         *cmap_pte1 = 0;
4262         *cmap_pte2 = 0;
4263         sched_unpin();
4264         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4265 }
4266
4267 int unmapped_buf_allowed = 1;
4268
4269 void
4270 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4271     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4272 {
4273         vm_page_t a_pg, b_pg;
4274         char *a_cp, *b_cp;
4275         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4276         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4277         struct pcpu *pc;
4278         int cnt;
4279
4280         sched_pin();
4281         pc = get_pcpu();
4282         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4283         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4284         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4285         if (*cmap_pte1 != 0)
4286                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4287         if (*cmap_pte2 != 0)
4288                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4289         while (xfersize > 0) {
4290                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4291                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4292                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4293                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4294                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4295                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4296                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4297                     pmap_cache_bits(a_pg->md.pat_mode, 0);
4298                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4299                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4300                     PG_M | pmap_cache_bits(b_pg->md.pat_mode, 0);
4301                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4302                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4303                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4304                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4305                 a_offset += cnt;
4306                 b_offset += cnt;
4307                 xfersize -= cnt;
4308         }
4309         *cmap_pte1 = 0;
4310         *cmap_pte2 = 0;
4311         sched_unpin();
4312         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4313 }
4314
4315 /*
4316  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4317  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4318  * be changed upwards or downwards in the future; it
4319  * is only necessary that true be returned for a small
4320  * subset of pmaps for proper page aging.
4321  */
4322 boolean_t
4323 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4324 {
4325         struct md_page *pvh;
4326         pv_entry_t pv;
4327         int loops = 0;
4328         boolean_t rv;
4329
4330         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4331             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4332         rv = FALSE;
4333         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4334         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4335                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4336                         rv = TRUE;
4337                         break;
4338                 }
4339                 loops++;
4340                 if (loops >= 16)
4341                         break;
4342         }
4343         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4344                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4345                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4346                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4347                                 rv = TRUE;
4348                                 break;
4349                         }
4350                         loops++;
4351                         if (loops >= 16)
4352                                 break;
4353                 }
4354         }
4355         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4356         return (rv);
4357 }
4358
4359 /*
4360  *      pmap_page_wired_mappings:
4361  *
4362  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4363  *      that are wired.
4364  */
4365 int
4366 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4367 {
4368         int count;
4369
4370         count = 0;
4371         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4372                 return (count);
4373         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4374         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4375         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4376             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4377                 count);
4378         }
4379         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4380         return (count);
4381 }
4382
4383 /*
4384  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4385  *
4386  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4387  */
4388 static int
4389 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4390 {
4391         pmap_t pmap;
4392         pt_entry_t *pte;
4393         pv_entry_t pv;
4394
4395         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4396         sched_pin();
4397         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4398                 pmap = PV_PMAP(pv);
4399                 PMAP_LOCK(pmap);
4400                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4401                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4402                         count++;
4403                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4404         }
4405         sched_unpin();
4406         return (count);
4407 }
4408
4409 /*
4410  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4411  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4412  */
4413 boolean_t
4414 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4415 {
4416         boolean_t rv;
4417
4418         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4419                 return (FALSE);
4420         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4421         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4422             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4423             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4424         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4425         return (rv);
4426 }
4427
4428 /*
4429  * Remove all pages from specified address space
4430  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4431  * is special cased for current process only, but
4432  * can have the more generic (and slightly slower)
4433  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4434  * in the case of running down an entire address space.
4435  */
4436 void
4437 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4438 {
4439         pt_entry_t *pte, tpte;
4440         vm_page_t m, mpte, mt;
4441         pv_entry_t pv;
4442         struct md_page *pvh;
4443         struct pv_chunk *pc, *npc;
4444         struct spglist free;
4445         int field, idx;
4446         int32_t bit;
4447         uint32_t inuse, bitmask;
4448         int allfree;
4449
4450         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4451                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4452                 return;
4453         }
4454         SLIST_INIT(&free);
4455         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4456         PMAP_LOCK(pmap);
4457         sched_pin();
4458         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4459                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4460                     pc->pc_pmap));
4461                 allfree = 1;
4462                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4463                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4464                         while (inuse != 0) {
4465                                 bit = bsfl(inuse);
4466                                 bitmask = 1UL << bit;
4467                                 idx = field * 32 + bit;
4468                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4469                                 inuse &= ~bitmask;
4470
4471                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4472                                 tpte = *pte;
4473                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4474                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4475                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4476                                 }
4477
4478                                 if (tpte == 0) {
4479                                         printf(
4480                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4481                                             pte, pv->pv_va);
4482                                         panic("bad pte");
4483                                 }
4484
4485 /*
4486  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4487  */
4488                                 if (tpte & PG_W) {
4489                                         allfree = 0;
4490                                         continue;
4491                                 }
4492
4493                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4494                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4495                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4496                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4497                                     (uintmax_t)tpte));
4498
4499                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4500                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4501                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4502                                     (uintmax_t)tpte));
4503
4504                                 pte_clear(pte);
4505
4506                                 /*
4507                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4508                                  */
4509                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4510                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4511                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4512                                                         vm_page_dirty(mt);
4513                                         } else
4514                                                 vm_page_dirty(m);
4515                                 }
4516
4517                                 /* Mark free */
4518                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4519                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4520                                 pv_entry_count--;
4521                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4522                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4523                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4524                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4525                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4526                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4527                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4528                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4529                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4530                                         }
4531                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4532                                         if (mpte != NULL) {
4533                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4534                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4535                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4536                                                 mpte->wire_count = 0;
4537                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4538                                         }
4539                                 } else {
4540                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4541                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4542                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4543                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4544                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4545                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4546                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4547                                         }
4548                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4549                                 }
4550                         }
4551                 }
4552                 if (allfree) {
4553                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4554                         free_pv_chunk(pc);
4555                 }
4556         }
4557         sched_unpin();
4558         pmap_invalidate_all(pmap);
4559         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4560         PMAP_UNLOCK(pmap);
4561         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4562 }
4563
4564 /*
4565  *      pmap_is_modified:
4566  *
4567  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4568  *      in any physical maps.
4569  */
4570 boolean_t
4571 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4572 {
4573         boolean_t rv;
4574
4575         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4576             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4577
4578         /*
4579          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4580          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4581          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4582          */
4583         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4584         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4585                 return (FALSE);
4586         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4587         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4588             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4589             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4590         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4591         return (rv);
4592 }
4593
4594 /*
4595  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4596  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4597  * mappings are supported.
4598  */
4599 static boolean_t
4600 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4601 {
4602         pv_entry_t pv;
4603         pt_entry_t *pte;
4604         pmap_t pmap;
4605         boolean_t rv;
4606
4607         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4608         rv = FALSE;
4609         sched_pin();
4610         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4611                 pmap = PV_PMAP(pv);
4612                 PMAP_LOCK(pmap);
4613                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4614                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4615                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4616                 if (rv)
4617                         break;
4618         }
4619         sched_unpin();
4620         return (rv);
4621 }
4622
4623 /*
4624  *      pmap_is_prefaultable:
4625  *
4626  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4627  *      for prefault.
4628  */
4629 boolean_t
4630 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4631 {
4632         pd_entry_t *pde;
4633         pt_entry_t *pte;
4634         boolean_t rv;
4635
4636         rv = FALSE;
4637         PMAP_LOCK(pmap);
4638         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4639         if (*pde != 0 && (*pde & PG_PS) == 0) {
4640                 pte = pmap_pte(pmap, addr);
4641                 if (pte != NULL)
4642                         rv = *pte == 0;
4643                 pmap_pte_release(pte);
4644         }
4645         PMAP_UNLOCK(pmap);
4646         return (rv);
4647 }
4648
4649 /*
4650  *      pmap_is_referenced:
4651  *
4652  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4653  *      in any physical maps.
4654  */
4655 boolean_t
4656 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4657 {
4658         boolean_t rv;
4659
4660         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4661             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4662         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4663         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4664             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4665             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4666         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4667         return (rv);
4668 }
4669
4670 /*
4671  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4672  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4673  */
4674 static boolean_t
4675 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4676 {
4677         pv_entry_t pv;
4678         pt_entry_t *pte;
4679         pmap_t pmap;
4680         boolean_t rv;
4681
4682         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4683         rv = FALSE;
4684         sched_pin();
4685         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4686                 pmap = PV_PMAP(pv);
4687                 PMAP_LOCK(pmap);
4688                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4689                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4690                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4691                 if (rv)
4692                         break;
4693         }
4694         sched_unpin();
4695         return (rv);
4696 }
4697
4698 /*
4699  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4700  */
4701 void
4702 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4703 {
4704         struct md_page *pvh;
4705         pv_entry_t next_pv, pv;
4706         pmap_t pmap;
4707         pd_entry_t *pde;
4708         pt_entry_t oldpte, *pte;
4709         vm_offset_t va;
4710
4711         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4712             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4713
4714         /*
4715          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4716          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4717          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4718          */
4719         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4720         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4721                 return;
4722         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4723         sched_pin();
4724         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4725                 goto small_mappings;
4726         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4727         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4728                 va = pv->pv_va;
4729                 pmap = PV_PMAP(pv);
4730                 PMAP_LOCK(pmap);
4731                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4732                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4733                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4734                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4735         }
4736 small_mappings:
4737         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4738                 pmap = PV_PMAP(pv);
4739                 PMAP_LOCK(pmap);
4740                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4741                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4742                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4743                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4744 retry:
4745                 oldpte = *pte;
4746                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
4747                         /*
4748                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4749                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4750                          * significant 32 bits.
4751                          */
4752                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
4753                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
4754                                 goto retry;
4755                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4756                                 vm_page_dirty(m);
4757                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4758                 }
4759                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4760         }
4761         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4762         sched_unpin();
4763         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4764 }
4765
4766 /*
4767  *      pmap_ts_referenced:
4768  *
4769  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4770  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4771  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4772  *      reference bits set.
4773  *
4774  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4775  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4776  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4777  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4778  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4779  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4780  *      to pmap_is_modified().
4781  */
4782 int
4783 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4784 {
4785         struct md_page *pvh;
4786         pv_entry_t pv, pvf;
4787         pmap_t pmap;
4788         pd_entry_t *pde;
4789         pt_entry_t *pte;
4790         vm_paddr_t pa;
4791         int rtval = 0;
4792
4793         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4794             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4795         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4796         pvh = pa_to_pvh(pa);
4797         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4798         sched_pin();
4799         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4800             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4801                 goto small_mappings;
4802         pv = pvf;
4803         do {
4804                 pmap = PV_PMAP(pv);
4805                 PMAP_LOCK(pmap);
4806                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4807                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4808                         /*
4809                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
4810                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4811                          * we only update the 4KB page under test.
4812                          */
4813                         vm_page_dirty(m);
4814                 }
4815                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
4816                         /*
4817                          * Since this reference bit is shared by either 1024
4818                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
4819                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
4820                          * on the physical page number, the virtual superpage
4821                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
4822                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
4823                          * reference bit will result in clearing that bit.
4824                          * This function is designed to avoid the selection of
4825                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
4826                          *
4827                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4828                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4829                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4830                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4831                          * since the superpage is wired, the current state of
4832                          * its reference bit won't affect page replacement.
4833                          */
4834                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
4835                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
4836                             (*pde & PG_W) == 0) {
4837                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
4838                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4839                         }
4840                         rtval++;
4841                 }
4842                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4843                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4844                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4845                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4846                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4847                 }
4848                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4849                         goto out;
4850         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4851 small_mappings:
4852         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4853                 goto out;
4854         pv = pvf;
4855         do {
4856                 pmap = PV_PMAP(pv);
4857                 PMAP_LOCK(pmap);
4858                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4859                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
4860                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
4861                     m));
4862                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4863                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4864                         vm_page_dirty(m);
4865                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
4866                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4867                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4868                         rtval++;
4869                 }
4870                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4871                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4872                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4873                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4874                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4875                 }
4876         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
4877             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4878 out:
4879         sched_unpin();
4880         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4881         return (rtval);
4882 }
4883
4884 /*
4885  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4886  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4887  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4888  */
4889 void
4890 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4891 {
4892         pd_entry_t oldpde, *pde;
4893         pt_entry_t *pte;
4894         vm_offset_t va, pdnxt;
4895         vm_page_t m;
4896         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
4897
4898         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
4899                 return;
4900         if (pmap_is_current(pmap))
4901                 pv_lists_locked = FALSE;
4902         else {
4903                 pv_lists_locked = TRUE;
4904 resume:
4905                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4906                 sched_pin();
4907         }
4908         anychanged = FALSE;
4909         PMAP_LOCK(pmap);
4910         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4911                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4912                 if (pdnxt < sva)
4913                         pdnxt = eva;
4914                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4915                 oldpde = *pde;
4916                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
4917                         continue;
4918                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4919                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
4920                                 continue;
4921                         if (!pv_lists_locked) {
4922                                 pv_lists_locked = TRUE;
4923                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4924                                         if (anychanged)
4925                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
4926                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4927                                         goto resume;
4928                                 }
4929                                 sched_pin();
4930                         }
4931                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4932                                 /*
4933                                  * The large page mapping was destroyed.
4934                                  */
4935                                 continue;
4936                         }
4937
4938                         /*
4939                          * Unless the page mappings are wired, remove the
4940                          * mapping to a single page so that a subsequent
4941                          * access may repromote.  Since the underlying page
4942                          * table page is fully populated, this removal never
4943                          * frees a page table page.
4944                          */
4945                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4946                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, sva);
4947                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
4948                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
4949                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, NULL);
4950                                 anychanged = TRUE;
4951                         }
4952                 }
4953                 if (pdnxt > eva)
4954                         pdnxt = eva;
4955                 va = pdnxt;
4956                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4957                     sva += PAGE_SIZE) {
4958                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
4959                                 goto maybe_invlrng;
4960                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4961                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
4962                                         /*
4963                                          * Future calls to pmap_is_modified()
4964                                          * can be avoided by making the page
4965                                          * dirty now.
4966                                          */
4967                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4968                                         vm_page_dirty(m);
4969                                 }
4970                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
4971                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
4972                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4973                         else
4974                                 goto maybe_invlrng;
4975                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
4976                                 if (va == pdnxt)
4977                                         va = sva;
4978                         } else
4979                                 anychanged = TRUE;
4980                         continue;
4981 maybe_invlrng:
4982                         if (va != pdnxt) {
4983                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4984                                 va = pdnxt;
4985                         }
4986                 }
4987                 if (va != pdnxt)
4988                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4989         }
4990         if (anychanged)
4991                 pmap_invalidate_all(pmap);
4992         if (pv_lists_locked) {
4993                 sched_unpin();
4994                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4995         }
4996         PMAP_UNLOCK(pmap);
4997 }
4998
4999 /*
5000  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5001  */
5002 void
5003 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5004 {
5005         struct md_page *pvh;
5006         pv_entry_t next_pv, pv;
5007         pmap_t pmap;
5008         pd_entry_t oldpde, *pde;
5009         pt_entry_t oldpte, *pte;
5010         vm_offset_t va;
5011
5012         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5013             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5014         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5015         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5016             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5017
5018         /*
5019          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5020          * If the object containing the page is locked and the page is not
5021          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5022          */
5023         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5024                 return;
5025         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5026         sched_pin();
5027         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5028                 goto small_mappings;
5029         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5030         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5031                 va = pv->pv_va;
5032                 pmap = PV_PMAP(pv);
5033                 PMAP_LOCK(pmap);
5034                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5035                 oldpde = *pde;
5036                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5037                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
5038                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5039                                         /*
5040                                          * Write protect the mapping to a
5041                                          * single page so that a subsequent
5042                                          * write access may repromote.
5043                                          */
5044                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5045                                             PG_PS_FRAME);
5046                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5047                                         oldpte = *pte;
5048                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
5049                                                 /*
5050                                                  * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5051                                                  * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5052                                                  * significant 32 bits.
5053                                                  */
5054                                                 while (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte,
5055                                                     oldpte,
5056                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
5057                                                         oldpte = *pte;
5058                                                 vm_page_dirty(m);
5059                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5060                                         }
5061                                 }
5062                         }
5063                 }
5064                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5065         }
5066 small_mappings:
5067         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5068                 pmap = PV_PMAP(pv);
5069                 PMAP_LOCK(pmap);
5070                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5071                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5072                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5073                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5074                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5075                         /*
5076                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5077                          * in size, PG_M is among the least significant
5078                          * 32 bits. 
5079                          */
5080                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5081                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5082                 }
5083                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5084         }
5085         sched_unpin();
5086         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5087 }
5088
5089 /*
5090  * Miscellaneous support routines follow
5091  */
5092
5093 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5094 static __inline void
5095 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5096 {
5097         u_int opte, npte;
5098
5099         /*
5100          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5101          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5102          */
5103         do {
5104                 opte = *(u_int *)pte;
5105                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5106                 npte |= cache_bits;
5107         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5108 }
5109
5110 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5111 static __inline void
5112 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5113 {
5114         u_int opde, npde;
5115
5116         /*
5117          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5118          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5119          */
5120         do {
5121                 opde = *(u_int *)pde;
5122                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5123                 npde |= cache_bits;
5124         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5125 }
5126
5127 /*
5128  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5129  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5130  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5131  * NOT real memory.
5132  */
5133 void *
5134 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5135 {
5136         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5137         vm_offset_t va, offset;
5138         vm_size_t tmpsize;
5139         int i;
5140
5141         offset = pa & PAGE_MASK;
5142         size = round_page(offset + size);
5143         pa = pa & PG_FRAME;
5144
5145         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW)
5146                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5147         else if (!pmap_initialized) {
5148                 va = 0;
5149                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5150                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5151                         if (ppim->va == 0) {
5152                                 ppim->pa = pa;
5153                                 ppim->sz = size;
5154                                 ppim->mode = mode;
5155                                 ppim->va = virtual_avail;
5156                                 virtual_avail += size;
5157                                 va = ppim->va;
5158                                 break;
5159                         }
5160                 }
5161                 if (va == 0)
5162                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5163         } else {
5164                 /*
5165                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5166                  */
5167                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5168                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5169                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5170                             ppim->mode == mode)
5171                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5172                 }
5173                 va = kva_alloc(size);
5174                 if (va == 0)
5175                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5176         }
5177         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5178                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5179         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5180         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size, FALSE);
5181         return ((void *)(va + offset));
5182 }
5183
5184 void *
5185 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5186 {
5187
5188         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5189 }
5190
5191 void *
5192 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5193 {
5194
5195         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5196 }
5197
5198 void
5199 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5200 {
5201         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5202         vm_offset_t offset;
5203         int i;
5204
5205         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5206                 return;
5207         offset = va & PAGE_MASK;
5208         size = round_page(offset + size);
5209         va = trunc_page(va);
5210         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5211                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5212                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5213                         if (pmap_initialized)
5214                                 return;
5215                         ppim->pa = 0;
5216                         ppim->va = 0;
5217                         ppim->sz = 0;
5218                         ppim->mode = 0;
5219                         if (va + size == virtual_avail)
5220                                 virtual_avail = va;
5221                         return;
5222                 }
5223         }
5224         if (pmap_initialized)
5225                 kva_free(va, size);
5226 }
5227
5228 /*
5229  * Sets the memory attribute for the specified page.
5230  */
5231 void
5232 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5233 {
5234
5235         m->md.pat_mode = ma;
5236         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5237                 return;
5238
5239         /*
5240          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5241          * See pmap_invalidate_cache_range().
5242          *
5243          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5244          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5245          * flushes the cache.
5246          */    
5247         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5248                 return;
5249
5250         /*
5251          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5252          * support self snoop, map the page transient and do
5253          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5254          * pmap_invalidate_cache_range().
5255          */
5256         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5257                 pmap_flush_page(m);
5258 }
5259
5260 static void
5261 pmap_flush_page(vm_page_t m)
5262 {
5263         pt_entry_t *cmap_pte2;
5264         struct pcpu *pc;
5265         vm_offset_t sva, eva;
5266         bool useclflushopt;
5267
5268         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5269         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5270                 sched_pin();
5271                 pc = get_pcpu();
5272                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5273                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5274                 if (*cmap_pte2)
5275                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5276                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5277                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
5278                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5279                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5280                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5281
5282                 /*
5283                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5284                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5285                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5286                  * any other instruction.
5287                  */
5288                 if (useclflushopt)
5289                         sfence();
5290                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5291                         mfence();
5292                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5293                         if (useclflushopt)
5294                                 clflushopt(sva);
5295                         else
5296                                 clflush(sva);
5297                 }
5298                 if (useclflushopt)
5299                         sfence();
5300                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5301                         mfence();
5302                 *cmap_pte2 = 0;
5303                 sched_unpin();
5304                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5305         } else
5306                 pmap_invalidate_cache();
5307 }
5308
5309 /*
5310  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5311  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5312  * completely contained within either the kernel map.
5313  *
5314  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5315  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5316  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5317  * there was insufficient memory available to complete the change.
5318  */
5319 int
5320 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5321 {
5322         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5323         pd_entry_t *pde;
5324         pt_entry_t *pte;
5325         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5326         boolean_t changed;
5327
5328         base = trunc_page(va);
5329         offset = va & PAGE_MASK;
5330         size = round_page(offset + size);
5331
5332         /*
5333          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5334          */
5335         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5336                 return (EINVAL);
5337
5338         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5339         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5340         changed = FALSE;
5341
5342         /*
5343          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5344          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5345          */
5346         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5347         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5348                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5349                 if (*pde == 0) {
5350                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5351                         return (EINVAL);
5352                 }
5353                 if (*pde & PG_PS) {
5354                         /*
5355                          * If the current 2/4MB page already has
5356                          * the required memory type, then we need not
5357                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5358                          * the next 2/4MB page frame.
5359                          */
5360                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5361                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5362                                 continue;
5363                         }
5364
5365                         /*
5366                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5367                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5368                          * within the range, then we need not break
5369                          * down this page into 4KB pages.
5370                          */
5371                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5372                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5373                                 tmpva += NBPDR;
5374                                 continue;
5375                         }
5376                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5377                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5378                                 return (ENOMEM);
5379                         }
5380                 }
5381                 pte = vtopte(tmpva);
5382                 if (*pte == 0) {
5383                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5384                         return (EINVAL);
5385                 }
5386                 tmpva += PAGE_SIZE;
5387         }
5388         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5389
5390         /*
5391          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5392          * cache mode if required.
5393          */
5394         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5395                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5396                 if (*pde & PG_PS) {
5397                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5398                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5399                                 changed = TRUE;
5400                         }
5401                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5402                 } else {
5403                         pte = vtopte(tmpva);
5404                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5405                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5406                                 changed = TRUE;
5407                         }
5408                         tmpva += PAGE_SIZE;
5409                 }
5410         }
5411
5412         /*
5413          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5414          * shouldn't be, etc.
5415          */
5416         if (changed) {
5417                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5418                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
5419         }
5420         return (0);
5421 }
5422
5423 /*
5424  * perform the pmap work for mincore
5425  */
5426 int
5427 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5428 {
5429         pd_entry_t *pdep;
5430         pt_entry_t *ptep, pte;
5431         vm_paddr_t pa;
5432         int val;
5433
5434         PMAP_LOCK(pmap);
5435 retry:
5436         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5437         if (*pdep != 0) {
5438                 if (*pdep & PG_PS) {
5439                         pte = *pdep;
5440                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5441                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5442                             PG_FRAME;
5443                         val = MINCORE_SUPER;
5444                 } else {
5445                         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
5446                         pte = *ptep;
5447                         pmap_pte_release(ptep);
5448                         pa = pte & PG_FRAME;
5449                         val = 0;
5450                 }
5451         } else {
5452                 pte = 0;
5453                 pa = 0;
5454                 val = 0;
5455         }
5456         if ((pte & PG_V) != 0) {
5457                 val |= MINCORE_INCORE;
5458                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5459                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5460                 if ((pte & PG_A) != 0)
5461                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5462         }
5463         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5464             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5465             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5466                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5467                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5468                         goto retry;
5469         } else
5470                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5471         PMAP_UNLOCK(pmap);
5472         return (val);
5473 }
5474
5475 void
5476 pmap_activate(struct thread *td)
5477 {
5478         pmap_t  pmap, oldpmap;
5479         u_int   cpuid;
5480         u_int32_t  cr3;
5481
5482         critical_enter();
5483         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5484         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5485         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5486 #if defined(SMP)
5487         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5488         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5489 #else
5490         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5491         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5492 #endif
5493 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
5494         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5495 #else
5496         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5497 #endif
5498         /*
5499          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5500          */
5501         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5502         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5503         critical_exit();
5504 }
5505
5506 void
5507 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5508 {
5509 }
5510
5511 /*
5512  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5513  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5514  */
5515 void
5516 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5517     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5518 {
5519         vm_offset_t superpage_offset;
5520
5521         if (size < NBPDR)
5522                 return;
5523         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5524                 offset += ptoa(object->pg_color);
5525         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5526         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5527             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5528                 return;
5529         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5530                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5531         else
5532                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5533 }
5534
5535 vm_offset_t
5536 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5537 {
5538         vm_offset_t qaddr;
5539         pt_entry_t *pte;
5540
5541         critical_enter();
5542         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5543         pte = vtopte(qaddr);
5544
5545         KASSERT(*pte == 0, ("pmap_quick_enter_page: PTE busy"));
5546         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5547             pmap_cache_bits(pmap_page_get_memattr(m), 0);
5548         invlpg(qaddr);
5549
5550         return (qaddr);
5551 }
5552
5553 void
5554 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5555 {
5556         vm_offset_t qaddr;
5557         pt_entry_t *pte;
5558
5559         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5560         pte = vtopte(qaddr);
5561
5562         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5563         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5564
5565         *pte = 0;
5566         critical_exit();
5567 }
5568
5569 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5570 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5571 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5572
5573 static int
5574 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5575     vmem_addr_t *addrp)
5576 {
5577         vm_page_t m;
5578         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5579         pt_entry_t *trm_pte;
5580
5581         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5582         size = round_page(size) + trm_guard;
5583         for (;;) {
5584                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5585                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5586                         return (ENOMEM);
5587                 addr = prev_addr + size;
5588                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5589                         break;
5590         }
5591         prev_addr += trm_guard;
5592         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5593         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5594                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5595                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5596                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5597                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5598                     pmap_cache_bits(VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5599         }
5600         *addrp = prev_addr;
5601         return (0);
5602 }
5603
5604 static
5605 void pmap_init_trm(void)
5606 {
5607         vm_page_t pd_m;
5608
5609         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5610         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5611                 trm_guard = 0;
5612         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5613         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5614         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5615             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5616         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5617                 pmap_zero_page(pd_m);
5618         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5619             pmap_cache_bits(VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5620 }
5621
5622 void *
5623 pmap_trm_alloc(size_t size, int flags)
5624 {
5625         vmem_addr_t res;
5626         int error;
5627
5628         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5629         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5630             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5631         if (error != 0)
5632                 return (NULL);
5633         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5634                 bzero((void *)res, size);
5635         return ((void *)res);
5636 }
5637
5638 void
5639 pmap_trm_free(void *addr, size_t size)
5640 {
5641
5642         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5643 }
5644
5645 #if defined(PMAP_DEBUG)
5646 pmap_pid_dump(int pid)
5647 {
5648         pmap_t pmap;
5649         struct proc *p;
5650         int npte = 0;
5651         int index;
5652
5653         sx_slock(&allproc_lock);
5654         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
5655                 if (p->p_pid != pid)
5656                         continue;
5657
5658                 if (p->p_vmspace) {
5659                         int i,j;
5660                         index = 0;
5661                         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
5662                         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++) {
5663                                 pd_entry_t *pde;
5664                                 pt_entry_t *pte;
5665                                 vm_offset_t base = i << PDRSHIFT;
5666                                 
5667                                 pde = &pmap->pm_pdir[i];
5668                                 if (pde && pmap_pde_v(pde)) {
5669                                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
5670                                                 vm_offset_t va = base + (j << PAGE_SHIFT);
5671                                                 if (va >= (vm_offset_t) VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5672                                                         if (index) {
5673                                                                 index = 0;
5674                                                                 printf("\n");
5675                                                         }
5676                                                         sx_sunlock(&allproc_lock);
5677                                                         return (npte);
5678                                                 }
5679                                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
5680                                                 if (pte && pmap_pte_v(pte)) {
5681                                                         pt_entry_t pa;
5682                                                         vm_page_t m;
5683                                                         pa = *pte;
5684                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa & PG_FRAME);
5685                                                         printf("va: 0x%x, pt: 0x%x, h: %d, w: %d, f: 0x%x",
5686                                                                 va, pa, m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
5687                                                         npte++;
5688                                                         index++;
5689                                                         if (index >= 2) {
5690                                                                 index = 0;
5691                                                                 printf("\n");
5692                                                         } else {
5693                                                                 printf(" ");
5694                                                         }
5695                                                 }
5696                                         }
5697                                 }
5698                         }
5699                 }
5700         }
5701         sx_sunlock(&allproc_lock);
5702         return (npte);
5703 }
5704 #endif