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