]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/pmap.c
MFV: file 5.33
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  * Copyright (c) 2018 The FreeBSD Foundation
51  * All rights reserved.
52  *
53  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
54  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
55  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
56  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
57  * CHATS research program.
58  *
59  * Portions of this software were developed by
60  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
61  * the FreeBSD Foundation.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #include <sys/cdefs.h>
86 __FBSDID("$FreeBSD$");
87
88 /*
89  *      Manages physical address maps.
90  *
91  *      Since the information managed by this module is
92  *      also stored by the logical address mapping module,
93  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
94  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
95  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
96  *      requested.
97  *
98  *      In order to cope with hardware architectures which
99  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
100  *      this module may delay invalidate or reduced protection
101  *      operations until such time as they are actually
102  *      necessary.  This module is given full information as
103  *      to which processors are currently using which maps,
104  *      and to when physical maps must be made correct.
105  */
106
107 #include "opt_apic.h"
108 #include "opt_cpu.h"
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_smp.h"
111 #include "opt_vm.h"
112
113 #include <sys/param.h>
114 #include <sys/systm.h>
115 #include <sys/kernel.h>
116 #include <sys/ktr.h>
117 #include <sys/lock.h>
118 #include <sys/malloc.h>
119 #include <sys/mman.h>
120 #include <sys/msgbuf.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sf_buf.h>
125 #include <sys/sx.h>
126 #include <sys/vmmeter.h>
127 #include <sys/sched.h>
128 #include <sys/sysctl.h>
129 #include <sys/smp.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #ifdef DEV_APIC
147 #include <sys/bus.h>
148 #include <machine/intr_machdep.h>
149 #include <x86/apicvar.h>
150 #endif
151 #include <machine/bootinfo.h>
152 #include <machine/cpu.h>
153 #include <machine/cputypes.h>
154 #include <machine/md_var.h>
155 #include <machine/pcb.h>
156 #include <machine/specialreg.h>
157 #ifdef SMP
158 #include <machine/smp.h>
159 #endif
160
161 #ifndef PMAP_SHPGPERPROC
162 #define PMAP_SHPGPERPROC 200
163 #endif
164
165 #if !defined(DIAGNOSTIC)
166 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
167 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
168 #else
169 #define PMAP_INLINE     extern inline
170 #endif
171 #else
172 #define PMAP_INLINE
173 #endif
174
175 #ifdef PV_STATS
176 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
177 #else
178 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
179 #endif
180
181 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
182 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
183
184 /*
185  * Get PDEs and PTEs for user/kernel address space
186  */
187 #define pmap_pde(m, v)  (&((m)->pm_pdir[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT]))
188 #define pdir_pde(m, v) (m[(vm_offset_t)(v) >> PDRSHIFT])
189
190 #define pmap_pde_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
191 #define pmap_pte_w(pte)         ((*(int *)pte & PG_W) != 0)
192 #define pmap_pte_m(pte)         ((*(int *)pte & PG_M) != 0)
193 #define pmap_pte_u(pte)         ((*(int *)pte & PG_A) != 0)
194 #define pmap_pte_v(pte)         ((*(int *)pte & PG_V) != 0)
195
196 #define pmap_pte_set_w(pte, v)  ((v) ? atomic_set_int((u_int *)(pte), PG_W) : \
197     atomic_clear_int((u_int *)(pte), PG_W))
198 #define pmap_pte_set_prot(pte, v) ((*(int *)pte &= ~PG_PROT), (*(int *)pte |= (v)))
199
200 struct pmap kernel_pmap_store;
201
202 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
203 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
204 int pgeflag = 0;                /* PG_G or-in */
205 int pseflag = 0;                /* PG_PS or-in */
206
207 static int nkpt = NKPT;
208 vm_offset_t kernel_vm_end = /* 0 + */ NKPT * NBPDR;
209
210 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
211 pt_entry_t pg_nx;
212 static uma_zone_t pdptzone;
213 #endif
214
215 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
216
217 static int pat_works = 1;
218 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
219     "Is page attribute table fully functional?");
220
221 static int pg_ps_enabled = 1;
222 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
223     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
224
225 #define PAT_INDEX_SIZE  8
226 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
227
228 /*
229  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
230  */
231 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
232 static struct pmap_preinit_mapping {
233         vm_paddr_t      pa;
234         vm_offset_t     va;
235         vm_size_t       sz;
236         int             mode;
237 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
238 static int pmap_initialized;
239
240 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
241
242 /*
243  * Data for the pv entry allocation mechanism
244  */
245 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
246 static int pv_entry_count = 0, pv_entry_max = 0, pv_entry_high_water = 0;
247 static struct md_page *pv_table;
248 static int shpgperproc = PMAP_SHPGPERPROC;
249
250 struct pv_chunk *pv_chunkbase;          /* KVA block for pv_chunks */
251 int pv_maxchunks;                       /* How many chunks we have KVA for */
252 vm_offset_t pv_vafree;                  /* freelist stored in the PTE */
253
254 /*
255  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
256  */
257 pt_entry_t *CMAP3;
258 static pd_entry_t *KPTD;
259 caddr_t ptvmmap = 0;
260 caddr_t CADDR3;
261
262 /*
263  * Crashdump maps.
264  */
265 static caddr_t crashdumpmap;
266
267 static pt_entry_t *PMAP1 = NULL, *PMAP2;
268 static pt_entry_t *PADDR1 = NULL, *PADDR2;
269 #ifdef SMP
270 static int PMAP1cpu;
271 static int PMAP1changedcpu;
272 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changedcpu, CTLFLAG_RD, 
273            &PMAP1changedcpu, 0,
274            "Number of times pmap_pte_quick changed CPU with same PMAP1");
275 #endif
276 static int PMAP1changed;
277 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1changed, CTLFLAG_RD, 
278            &PMAP1changed, 0,
279            "Number of times pmap_pte_quick changed PMAP1");
280 static int PMAP1unchanged;
281 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, PMAP1unchanged, CTLFLAG_RD, 
282            &PMAP1unchanged, 0,
283            "Number of times pmap_pte_quick didn't change PMAP1");
284 static struct mtx PMAP2mutex;
285
286 int pti;
287
288 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
289 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
290 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try);
291 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
292 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
293 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
294 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa);
295 #endif
296 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
297 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
298                     vm_offset_t va);
299 static int      pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count);
300
301 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
302 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
303     vm_prot_t prot);
304 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
305     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte);
306 static void pmap_flush_page(vm_page_t m);
307 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
308 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
309                     pd_entry_t pde);
310 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
311 static boolean_t pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh);
312 static boolean_t pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh);
313 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
314 static void pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
315 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
316 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
317 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
318 #endif
319 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
320     vm_prot_t prot);
321 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
322 static void pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
323     struct spglist *free);
324 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
325     struct spglist *free);
326 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
327 static void pmap_remove_page(struct pmap *pmap, vm_offset_t va,
328     struct spglist *free);
329 static void pmap_remove_entry(struct pmap *pmap, vm_page_t m,
330                                         vm_offset_t va);
331 static void pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m);
332 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
333     vm_page_t m);
334 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
335     pd_entry_t newpde);
336 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
337
338 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags);
339
340 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags);
341 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free);
342 static pt_entry_t *pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
343 static void pmap_pte_release(pt_entry_t *pte);
344 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, struct spglist *);
345 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
346 static void *pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain,
347     uint8_t *flags, int wait);
348 #endif
349 static void pmap_init_trm(void);
350
351 static __inline void pagezero(void *page);
352
353 CTASSERT(1 << PDESHIFT == sizeof(pd_entry_t));
354 CTASSERT(1 << PTESHIFT == sizeof(pt_entry_t));
355
356 void pmap_cold(void);
357 extern char _end[];
358 u_long physfree;        /* phys addr of next free page */
359 u_long vm86phystk;      /* PA of vm86/bios stack */
360 u_long vm86paddr;       /* address of vm86 region */
361 int vm86pa;             /* phys addr of vm86 region */
362 u_long KERNend;         /* phys addr end of kernel (just after bss) */
363 pd_entry_t *IdlePTD;    /* phys addr of kernel PTD */
364 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
365 pdpt_entry_t *IdlePDPT; /* phys addr of kernel PDPT */
366 #endif
367 pt_entry_t *KPTmap;     /* address of kernel page tables */
368 u_long KPTphys;         /* phys addr of kernel page tables */
369 extern u_long tramp_idleptd;
370
371 static u_long
372 allocpages(u_int cnt, u_long *physfree)
373 {
374         u_long res;
375
376         res = *physfree;
377         *physfree += PAGE_SIZE * cnt;
378         bzero((void *)res, PAGE_SIZE * cnt);
379         return (res);
380 }
381
382 static void
383 pmap_cold_map(u_long pa, u_long va, u_long cnt)
384 {
385         pt_entry_t *pt;
386
387         for (pt = (pt_entry_t *)KPTphys + atop(va); cnt > 0;
388             cnt--, pt++, va += PAGE_SIZE, pa += PAGE_SIZE)
389                 *pt = pa | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
390 }
391
392 static void
393 pmap_cold_mapident(u_long pa, u_long cnt)
394 {
395
396         pmap_cold_map(pa, pa, cnt);
397 }
398
399 _Static_assert(2 * NBPDR == KERNBASE, "Broken double-map of zero PTD");
400
401 /*
402  * Called from locore.s before paging is enabled.  Sets up the first
403  * kernel page table.  Since kernel is mapped with PA == VA, this code
404  * does not require relocations.
405  */
406 void
407 pmap_cold(void)
408 {
409         pt_entry_t *pt;
410         u_long a;
411         u_int cr3, ncr4;
412
413         physfree = (u_long)&_end;
414         if (bootinfo.bi_esymtab != 0)
415                 physfree = bootinfo.bi_esymtab;
416         if (bootinfo.bi_kernend != 0)
417                 physfree = bootinfo.bi_kernend;
418         physfree = roundup2(physfree, NBPDR);
419         KERNend = physfree;
420
421         /* Allocate Kernel Page Tables */
422         KPTphys = allocpages(NKPT, &physfree);
423         KPTmap = (pt_entry_t *)KPTphys;
424
425         /* Allocate Page Table Directory */
426 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
427         /* XXX only need 32 bytes (easier for now) */
428         IdlePDPT = (pdpt_entry_t *)allocpages(1, &physfree);
429 #endif
430         IdlePTD = (pd_entry_t *)allocpages(NPGPTD, &physfree);
431
432         /*
433          * Allocate KSTACK.  Leave a guard page between IdlePTD and
434          * proc0kstack, to control stack overflow for thread0 and
435          * prevent corruption of the page table.  We leak the guard
436          * physical memory due to 1:1 mappings.
437          */
438         allocpages(1, &physfree);
439         proc0kstack = allocpages(TD0_KSTACK_PAGES, &physfree);
440
441         /* vm86/bios stack */
442         vm86phystk = allocpages(1, &physfree);
443
444         /* pgtable + ext + IOPAGES */
445         vm86paddr = vm86pa = allocpages(3, &physfree);
446
447         /* Install page tables into PTD.  Page table page 1 is wasted. */
448         for (a = 0; a < NKPT; a++)
449                 IdlePTD[a] = (KPTphys + ptoa(a)) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
450
451 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
452         /* PAE install PTD pointers into PDPT */
453         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
454                 IdlePDPT[a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V;
455 #endif
456
457         /*
458          * Install recursive mapping for kernel page tables into
459          * itself.
460          */
461         for (a = 0; a < NPGPTD; a++)
462                 IdlePTD[PTDPTDI + a] = ((u_int)IdlePTD + ptoa(a)) | PG_V |
463                     PG_RW;
464
465         /*
466          * Initialize page table pages mapping physical address zero
467          * through the (physical) end of the kernel.  Many of these
468          * pages must be reserved, and we reserve them all and map
469          * them linearly for convenience.  We do this even if we've
470          * enabled PSE above; we'll just switch the corresponding
471          * kernel PDEs before we turn on paging.
472          *
473          * This and all other page table entries allow read and write
474          * access for various reasons.  Kernel mappings never have any
475          * access restrictions.
476          */
477         pmap_cold_mapident(0, atop(NBPDR));
478         pmap_cold_map(0, NBPDR, atop(NBPDR));
479         pmap_cold_mapident(KERNBASE, atop(KERNend - KERNBASE));
480
481         /* Map page table directory */
482 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
483         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePDPT, 1);
484 #endif
485         pmap_cold_mapident((u_long)IdlePTD, NPGPTD);
486
487         /* Map early KPTmap.  It is really pmap_cold_mapident. */
488         pmap_cold_map(KPTphys, (u_long)KPTmap, NKPT);
489
490         /* Map proc0kstack */
491         pmap_cold_mapident(proc0kstack, TD0_KSTACK_PAGES);
492         /* ISA hole already mapped */
493
494         pmap_cold_mapident(vm86phystk, 1);
495         pmap_cold_mapident(vm86pa, 3);
496
497         /* Map page 0 into the vm86 page table */
498         *(pt_entry_t *)vm86pa = 0 | PG_RW | PG_U | PG_A | PG_M | PG_V;
499
500         /* ...likewise for the ISA hole for vm86 */
501         for (pt = (pt_entry_t *)vm86pa + atop(ISA_HOLE_START), a = 0;
502             a < atop(ISA_HOLE_LENGTH); a++, pt++)
503                 *pt = (ISA_HOLE_START + ptoa(a)) | PG_RW | PG_U | PG_A |
504                     PG_M | PG_V;
505
506         /* Enable PSE, PGE, VME, and PAE if configured. */
507         ncr4 = 0;
508         if ((cpu_feature & CPUID_PSE) != 0) {
509                 ncr4 |= CR4_PSE;
510                 /*
511                  * Superpage mapping of the kernel text.  Existing 4k
512                  * page table pages are wasted.
513                  */
514                 for (a = KERNBASE; a < KERNend; a += NBPDR)
515                         IdlePTD[a >> PDRSHIFT] = a | PG_PS | PG_A | PG_M |
516                             PG_RW | PG_V;
517         }
518         if ((cpu_feature & CPUID_PGE) != 0) {
519                 ncr4 |= CR4_PGE;
520                 pgeflag = PG_G;
521         }
522         ncr4 |= (cpu_feature & CPUID_VME) != 0 ? CR4_VME : 0;
523 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
524         ncr4 |= CR4_PAE;
525 #endif
526         if (ncr4 != 0)
527                 load_cr4(rcr4() | ncr4);
528
529         /* Now enable paging */
530 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
531         cr3 = (u_int)IdlePDPT;
532 #else
533         cr3 = (u_int)IdlePTD;
534 #endif
535         tramp_idleptd = cr3;
536         load_cr3(cr3);
537         load_cr0(rcr0() | CR0_PG);
538
539         /*
540          * Now running relocated at KERNBASE where the system is
541          * linked to run.
542          */
543
544         /*
545          * Remove the lowest part of the double mapping of low memory
546          * to get some null pointer checks.
547          */
548         IdlePTD[0] = 0;
549         load_cr3(cr3);          /* invalidate TLB */
550 }
551
552 /*
553  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
554  *
555  *      On the i386 this is called after mapping has already been enabled
556  *      in locore.s with the page table created in pmap_cold(),
557  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
558  */
559 void
560 pmap_bootstrap(vm_paddr_t firstaddr)
561 {
562         vm_offset_t va;
563         pt_entry_t *pte, *unused;
564         struct pcpu *pc;
565         int i;
566
567         /*
568          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
569          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
570          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
571          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
572          * addresses to superpage mappings.
573          */
574         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
575
576         /*
577          * Initialize the first available kernel virtual address.  However,
578          * using "firstaddr" may waste a few pages of the kernel virtual
579          * address space, because locore may not have mapped every physical
580          * page that it allocated.  Preferably, locore would provide a first
581          * unused virtual address in addition to "firstaddr".
582          */
583         virtual_avail = (vm_offset_t)firstaddr;
584
585         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
586
587         /*
588          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
589          */
590         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
591         kernel_pmap->pm_pdir = IdlePTD;
592 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
593         kernel_pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
594 #endif
595         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
596         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
597
598         /*
599          * Initialize the global pv list lock.
600          */
601         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
602
603         /*
604          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
605          * mapping of pages.
606          */
607 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
608         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
609
610         va = virtual_avail;
611         pte = vtopte(va);
612
613
614         /*
615          * Initialize temporary map objects on the current CPU for use
616          * during early boot.
617          * CMAP1/CMAP2 are used for zeroing and copying pages.
618          * CMAP3 is used for the boot-time memory test.
619          */
620         pc = get_pcpu();
621         mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
622         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte1, pc->pc_cmap_addr1, 1)
623         SYSMAP(caddr_t, pc->pc_cmap_pte2, pc->pc_cmap_addr2, 1)
624         SYSMAP(vm_offset_t, pte, pc->pc_qmap_addr, 1)
625
626         SYSMAP(caddr_t, CMAP3, CADDR3, 1);
627
628         /*
629          * Crashdump maps.
630          */
631         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
632
633         /*
634          * ptvmmap is used for reading arbitrary physical pages via /dev/mem.
635          */
636         SYSMAP(caddr_t, unused, ptvmmap, 1)
637
638         /*
639          * msgbufp is used to map the system message buffer.
640          */
641         SYSMAP(struct msgbuf *, unused, msgbufp, atop(round_page(msgbufsize)))
642
643         /*
644          * KPTmap is used by pmap_kextract().
645          *
646          * KPTmap is first initialized by locore.  However, that initial
647          * KPTmap can only support NKPT page table pages.  Here, a larger
648          * KPTmap is created that can support KVA_PAGES page table pages.
649          */
650         SYSMAP(pt_entry_t *, KPTD, KPTmap, KVA_PAGES)
651
652         for (i = 0; i < NKPT; i++)
653                 KPTD[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
654
655         /*
656          * PADDR1 and PADDR2 are used by pmap_pte_quick() and pmap_pte(),
657          * respectively.
658          */
659         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP1, PADDR1, 1)
660         SYSMAP(pt_entry_t *, PMAP2, PADDR2, 1)
661
662         mtx_init(&PMAP2mutex, "PMAP2", NULL, MTX_DEF);
663
664         virtual_avail = va;
665
666         /*
667          * Initialize the PAT MSR if present.
668          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
669          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
670          * have been created in our pre-boot environment.  We assume
671          * that PAT support implies PGE and in reverse, PGE presence
672          * comes with PAT.  Both features were added for Pentium Pro.
673          */
674         pmap_init_pat();
675 }
676
677 static void
678 pmap_init_reserved_pages(void)
679 {
680         struct pcpu *pc;
681         vm_offset_t pages;
682         int i;
683
684         CPU_FOREACH(i) {
685                 pc = pcpu_find(i);
686                 mtx_init(&pc->pc_copyout_mlock, "cpmlk", NULL, MTX_DEF |
687                     MTX_NEW);
688                 pc->pc_copyout_maddr = kva_alloc(ptoa(2));
689                 if (pc->pc_copyout_maddr == 0)
690                         panic("unable to allocate non-sleepable copyout KVA");
691                 sx_init(&pc->pc_copyout_slock, "cpslk");
692                 pc->pc_copyout_saddr = kva_alloc(ptoa(2));
693                 if (pc->pc_copyout_saddr == 0)
694                         panic("unable to allocate sleepable copyout KVA");
695
696                 /*
697                  * Skip if the mappings have already been initialized,
698                  * i.e. this is the BSP.
699                  */
700                 if (pc->pc_cmap_addr1 != 0)
701                         continue;
702
703                 mtx_init(&pc->pc_cmap_lock, "SYSMAPS", NULL, MTX_DEF);
704                 pages = kva_alloc(PAGE_SIZE * 3);
705                 if (pages == 0)
706                         panic("unable to allocate CMAP KVA");
707                 pc->pc_cmap_pte1 = vtopte(pages);
708                 pc->pc_cmap_pte2 = vtopte(pages + PAGE_SIZE);
709                 pc->pc_cmap_addr1 = (caddr_t)pages;
710                 pc->pc_cmap_addr2 = (caddr_t)(pages + PAGE_SIZE);
711                 pc->pc_qmap_addr = pages + atop(2);
712         }
713 }
714  
715 SYSINIT(rpages_init, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, pmap_init_reserved_pages, NULL);
716
717 /*
718  * Setup the PAT MSR.
719  */
720 void
721 pmap_init_pat(void)
722 {
723         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
724         uint64_t pat_msr;
725         u_long cr0, cr4;
726         int i;
727
728         /* Set default PAT index table. */
729         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
730                 pat_table[i] = -1;
731         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
732         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
733         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
734         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
735         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
736         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
737
738         /*
739          * Bail if this CPU doesn't implement PAT.
740          * We assume that PAT support implies PGE.
741          */
742         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0) {
743                 for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
744                         pat_index[i] = pat_table[i];
745                 pat_works = 0;
746                 return;
747         }
748
749         /*
750          * Due to some Intel errata, we can only safely use the lower 4
751          * PAT entries.
752          *
753          *   Intel Pentium III Processor Specification Update
754          * Errata E.27 (Upper Four PAT Entries Not Usable With Mode B
755          * or Mode C Paging)
756          *
757          *   Intel Pentium IV  Processor Specification Update
758          * Errata N46 (PAT Index MSB May Be Calculated Incorrectly)
759          */
760         if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
761             !(CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) >= 0xe))
762                 pat_works = 0;
763
764         /* Initialize default PAT entries. */
765         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
766             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
767             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
768             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
769             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
770             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
771             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
772             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
773
774         if (pat_works) {
775                 /*
776                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
777                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
778                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
779                  */
780                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
781                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
782                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
783                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
784                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
785                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
786         } else {
787                 /*
788                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
789                  */
790                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
791                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
792                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
793         }
794
795         /* Disable PGE. */
796         cr4 = rcr4();
797         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
798
799         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
800         cr0 = rcr0();
801         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
802
803         /* Flushes caches and TLBs. */
804         wbinvd();
805         invltlb();
806
807         /* Update PAT and index table. */
808         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
809         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
810                 pat_index[i] = pat_table[i];
811
812         /* Flush caches and TLBs again. */
813         wbinvd();
814         invltlb();
815
816         /* Restore caches and PGE. */
817         load_cr0(cr0);
818         load_cr4(cr4);
819 }
820
821 /*
822  * Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
823  */
824 void
825 pmap_page_init(vm_page_t m)
826 {
827
828         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
829         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
830 }
831
832 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
833 static void *
834 pmap_pdpt_allocf(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
835     int wait)
836 {
837
838         /* Inform UMA that this allocator uses kernel_map/object. */
839         *flags = UMA_SLAB_KERNEL;
840         return ((void *)kmem_alloc_contig_domain(domain, bytes, wait, 0x0ULL,
841             0xffffffffULL, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
842 }
843 #endif
844
845 /*
846  * Abuse the pte nodes for unmapped kva to thread a kva freelist through.
847  * Requirements:
848  *  - Must deal with pages in order to ensure that none of the PG_* bits
849  *    are ever set, PG_V in particular.
850  *  - Assumes we can write to ptes without pte_store() atomic ops, even
851  *    on PAE systems.  This should be ok.
852  *  - Assumes nothing will ever test these addresses for 0 to indicate
853  *    no mapping instead of correctly checking PG_V.
854  *  - Assumes a vm_offset_t will fit in a pte (true for i386).
855  * Because PG_V is never set, there can be no mappings to invalidate.
856  */
857 static vm_offset_t
858 pmap_ptelist_alloc(vm_offset_t *head)
859 {
860         pt_entry_t *pte;
861         vm_offset_t va;
862
863         va = *head;
864         if (va == 0)
865                 panic("pmap_ptelist_alloc: exhausted ptelist KVA");
866         pte = vtopte(va);
867         *head = *pte;
868         if (*head & PG_V)
869                 panic("pmap_ptelist_alloc: va with PG_V set!");
870         *pte = 0;
871         return (va);
872 }
873
874 static void
875 pmap_ptelist_free(vm_offset_t *head, vm_offset_t va)
876 {
877         pt_entry_t *pte;
878
879         if (va & PG_V)
880                 panic("pmap_ptelist_free: freeing va with PG_V set!");
881         pte = vtopte(va);
882         *pte = *head;           /* virtual! PG_V is 0 though */
883         *head = va;
884 }
885
886 static void
887 pmap_ptelist_init(vm_offset_t *head, void *base, int npages)
888 {
889         int i;
890         vm_offset_t va;
891
892         *head = 0;
893         for (i = npages - 1; i >= 0; i--) {
894                 va = (vm_offset_t)base + i * PAGE_SIZE;
895                 pmap_ptelist_free(head, va);
896         }
897 }
898
899
900 /*
901  *      Initialize the pmap module.
902  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
903  *      system needs to map virtual memory.
904  */
905 void
906 pmap_init(void)
907 {
908         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
909         vm_page_t mpte;
910         vm_size_t s;
911         int i, pv_npg;
912
913         /*
914          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
915          * page table pages.
916          */ 
917         for (i = 0; i < NKPT; i++) {
918                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + ptoa(i));
919                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
920                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
921                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
922                 mpte->pindex = i + KPTDI;
923                 mpte->phys_addr = KPTphys + ptoa(i);
924         }
925
926         /*
927          * Initialize the address space (zone) for the pv entries.  Set a
928          * high water mark so that the system can recover from excessive
929          * numbers of pv entries.
930          */
931         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.shpgperproc", &shpgperproc);
932         pv_entry_max = shpgperproc * maxproc + vm_cnt.v_page_count;
933         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pv_entries", &pv_entry_max);
934         pv_entry_max = roundup(pv_entry_max, _NPCPV);
935         pv_entry_high_water = 9 * (pv_entry_max / 10);
936
937         /*
938          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
939          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
940          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
941          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
942          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
943          * include at least one feature that is only supported by older Intel
944          * or newer AMD processors.
945          */
946         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
947             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
948             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
949             AMDID2_FMA4)) == 0)
950                 workaround_erratum383 = 1;
951
952         /*
953          * Are large page mappings supported and enabled?
954          */
955         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
956         if (pseflag == 0)
957                 pg_ps_enabled = 0;
958         else if (pg_ps_enabled) {
959                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
960                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
961                 pagesizes[1] = NBPDR;
962         }
963
964         /*
965          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
966          * Handle the possibility that "vm_phys_segs[...].end" is zero.
967          */
968         pv_npg = trunc_4mpage(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end -
969             PAGE_SIZE) / NBPDR + 1;
970
971         /*
972          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
973          */
974         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
975         s = round_page(s);
976         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
977             M_WAITOK | M_ZERO);
978         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
979                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
980
981         pv_maxchunks = MAX(pv_entry_max / _NPCPV, maxproc);
982         pv_chunkbase = (struct pv_chunk *)kva_alloc(PAGE_SIZE * pv_maxchunks);
983         if (pv_chunkbase == NULL)
984                 panic("pmap_init: not enough kvm for pv chunks");
985         pmap_ptelist_init(&pv_vafree, pv_chunkbase, pv_maxchunks);
986 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
987         pdptzone = uma_zcreate("PDPT", NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t), NULL,
988             NULL, NULL, NULL, (NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1,
989             UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
990         uma_zone_set_allocf(pdptzone, pmap_pdpt_allocf);
991 #endif
992
993         pmap_initialized = 1;
994         pmap_init_trm();
995
996         if (!bootverbose)
997                 return;
998         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
999                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1000                 if (ppim->va == 0)
1001                         continue;
1002                 printf("PPIM %u: PA=%#jx, VA=%#x, size=%#x, mode=%#x\n", i,
1003                     (uintmax_t)ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1004         }
1005
1006 }
1007
1008
1009 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_max, CTLFLAG_RD, &pv_entry_max, 0,
1010         "Max number of PV entries");
1011 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, shpgperproc, CTLFLAG_RD, &shpgperproc, 0,
1012         "Page share factor per proc");
1013
1014 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1015     "2/4MB page mapping counters");
1016
1017 static u_long pmap_pde_demotions;
1018 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1019     &pmap_pde_demotions, 0, "2/4MB page demotions");
1020
1021 static u_long pmap_pde_mappings;
1022 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1023     &pmap_pde_mappings, 0, "2/4MB page mappings");
1024
1025 static u_long pmap_pde_p_failures;
1026 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1027     &pmap_pde_p_failures, 0, "2/4MB page promotion failures");
1028
1029 static u_long pmap_pde_promotions;
1030 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1031     &pmap_pde_promotions, 0, "2/4MB page promotions");
1032
1033 /***************************************************
1034  * Low level helper routines.....
1035  ***************************************************/
1036
1037 /*
1038  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1039  * caching mode.
1040  */
1041 int
1042 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
1043 {
1044         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1045
1046         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1047                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1048
1049         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1050         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
1051
1052         /* Map the caching mode to a PAT index. */
1053         pat_idx = pat_index[mode];
1054
1055         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1056         cache_bits = 0;
1057         if (pat_idx & 0x4)
1058                 cache_bits |= pat_flag;
1059         if (pat_idx & 0x2)
1060                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
1061         if (pat_idx & 0x1)
1062                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
1063         return (cache_bits);
1064 }
1065
1066 /*
1067  * The caller is responsible for maintaining TLB consistency.
1068  */
1069 static void
1070 pmap_kenter_pde(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1071 {
1072         pd_entry_t *pde;
1073
1074         pde = pmap_pde(kernel_pmap, va);
1075         pde_store(pde, newpde);
1076 }
1077
1078 /*
1079  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1080  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1081  * calling processor's TLB is affected.
1082  *
1083  * The calling thread must be pinned to a processor.
1084  */
1085 static void
1086 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1087 {
1088
1089         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1090                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1091                 invlpg(va);
1092         else /* if ((newpde & PG_G) == 0) */
1093                 /*
1094                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1095                  * because there are too many to flush individually.
1096                  */
1097                 invltlb();
1098 }
1099
1100 void
1101 invltlb_glob(void)
1102 {
1103
1104         invltlb();
1105 }
1106
1107
1108 #ifdef SMP
1109 /*
1110  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1111  *
1112  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1113  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1114  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1115  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1116  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1117  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1118  * one of the following functions but before a store updating the page
1119  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1120  * processor before its pm_active field is checked but due to
1121  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1122  * pmap as inactive on the other processor.
1123  * 
1124  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1125  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1126  * processor.
1127  */
1128 void
1129 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1130 {
1131         cpuset_t *mask, other_cpus;
1132         u_int cpuid;
1133
1134         sched_pin();
1135         if (pmap == kernel_pmap) {
1136                 invlpg(va);
1137                 mask = &all_cpus;
1138         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1139                 mask = &all_cpus;
1140         } else {
1141                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1142                 other_cpus = all_cpus;
1143                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1144                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1145                 mask = &other_cpus;
1146         }
1147         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1148         sched_unpin();
1149 }
1150
1151 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1152 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1153
1154 void
1155 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1156 {
1157         cpuset_t *mask, other_cpus;
1158         vm_offset_t addr;
1159         u_int cpuid;
1160
1161         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1162                 pmap_invalidate_all(pmap);
1163                 return;
1164         }
1165
1166         sched_pin();
1167         if (pmap == kernel_pmap) {
1168                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1169                         invlpg(addr);
1170                 mask = &all_cpus;
1171         } else  if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1172                 mask = &all_cpus;
1173         } else {
1174                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1175                 other_cpus = all_cpus;
1176                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1177                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1178                 mask = &other_cpus;
1179         }
1180         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1181         sched_unpin();
1182 }
1183
1184 void
1185 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1186 {
1187         cpuset_t *mask, other_cpus;
1188         u_int cpuid;
1189
1190         sched_pin();
1191         if (pmap == kernel_pmap) {
1192                 invltlb();
1193                 mask = &all_cpus;
1194         } else if (!CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1195                 mask = &all_cpus;
1196         } else {
1197                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1198                 other_cpus = all_cpus;
1199                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1200                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1201                 mask = &other_cpus;
1202         }
1203         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1204         sched_unpin();
1205 }
1206
1207 void
1208 pmap_invalidate_cache(void)
1209 {
1210
1211         sched_pin();
1212         wbinvd();
1213         smp_cache_flush();
1214         sched_unpin();
1215 }
1216
1217 struct pde_action {
1218         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1219         vm_offset_t va;
1220         pd_entry_t *pde;
1221         pd_entry_t newpde;
1222         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1223 };
1224
1225 static void
1226 pmap_update_pde_kernel(void *arg)
1227 {
1228         struct pde_action *act = arg;
1229         pd_entry_t *pde;
1230
1231         if (act->store == PCPU_GET(cpuid)) {
1232                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, act->va);
1233                 pde_store(pde, act->newpde);
1234         }
1235 }
1236
1237 static void
1238 pmap_update_pde_user(void *arg)
1239 {
1240         struct pde_action *act = arg;
1241
1242         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1243                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1244 }
1245
1246 static void
1247 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1248 {
1249         struct pde_action *act = arg;
1250
1251         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1252                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1253 }
1254
1255 /*
1256  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1257  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1258  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1259  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1260  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1261  * hardware error.
1262  */
1263 static void
1264 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1265 {
1266         struct pde_action act;
1267         cpuset_t active, other_cpus;
1268         u_int cpuid;
1269
1270         sched_pin();
1271         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1272         other_cpus = all_cpus;
1273         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1274         if (pmap == kernel_pmap)
1275                 active = all_cpus;
1276         else
1277                 active = pmap->pm_active;
1278         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) {
1279                 act.store = cpuid;
1280                 act.invalidate = active;
1281                 act.va = va;
1282                 act.pde = pde;
1283                 act.newpde = newpde;
1284                 CPU_SET(cpuid, &active);
1285                 smp_rendezvous_cpus(active,
1286                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap == kernel_pmap ?
1287                     pmap_update_pde_kernel : pmap_update_pde_user,
1288                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1289         } else {
1290                 if (pmap == kernel_pmap)
1291                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1292                 else
1293                         pde_store(pde, newpde);
1294                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1295                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1296         }
1297         sched_unpin();
1298 }
1299 #else /* !SMP */
1300 /*
1301  * Normal, non-SMP, 486+ invalidation functions.
1302  * We inline these within pmap.c for speed.
1303  */
1304 PMAP_INLINE void
1305 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1306 {
1307
1308         if (pmap == kernel_pmap)
1309                 invlpg(va);
1310 }
1311
1312 PMAP_INLINE void
1313 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1314 {
1315         vm_offset_t addr;
1316
1317         if (pmap == kernel_pmap)
1318                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1319                         invlpg(addr);
1320 }
1321
1322 PMAP_INLINE void
1323 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1324 {
1325
1326         if (pmap == kernel_pmap)
1327                 invltlb();
1328 }
1329
1330 PMAP_INLINE void
1331 pmap_invalidate_cache(void)
1332 {
1333
1334         wbinvd();
1335 }
1336
1337 static void
1338 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1339 {
1340
1341         if (pmap == kernel_pmap)
1342                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
1343         else
1344                 pde_store(pde, newpde);
1345         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1346                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1347 }
1348 #endif /* !SMP */
1349
1350 static void
1351 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
1352 {
1353
1354         /*
1355          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2- or 4MB page mapping was
1356          * created by a promotion that did not invalidate the 512 or 1024 4KB
1357          * page mappings that might exist in the TLB.  Consequently, at this
1358          * point, the TLB may hold both 4KB and 2- or 4MB page mappings for
1359          * the address range [va, va + NBPDR).  Therefore, the entire range
1360          * must be invalidated here.  In contrast, when PG_PROMOTED is clear,
1361          * the TLB will not hold any 4KB page mappings for the address range
1362          * [va, va + NBPDR), and so a single INVLPG suffices to invalidate the
1363          * 2- or 4MB page mapping from the TLB.
1364          */
1365         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
1366                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
1367         else
1368                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
1369 }
1370
1371 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD  (2 * 1024 * 1024)
1372
1373 void
1374 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
1375 {
1376
1377         if (force) {
1378                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
1379         } else {
1380                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1381                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1382                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1383                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1384         }
1385
1386         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
1387                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
1388         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
1389             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1390 #ifdef DEV_APIC
1391                 /*
1392                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1393                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1394                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1395                  * don't need to flush for that range anyway.
1396                  */
1397                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1398                         return;
1399 #endif
1400                 /*
1401                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
1402                  * instruction to insure that previous stores are
1403                  * included in the write-back.  The processor
1404                  * propagates flush to other processors in the cache
1405                  * coherence domain.
1406                  */
1407                 sfence();
1408                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1409                         clflushopt(sva);
1410                 sfence();
1411         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1412             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1413 #ifdef DEV_APIC
1414                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1415                         return;
1416 #endif
1417                 /*
1418                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
1419                  */
1420                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1421                         mfence();
1422                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1423                         clflush(sva);
1424                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
1425                         mfence();
1426         } else {
1427
1428                 /*
1429                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1430                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1431                  * Globally invalidate cache.
1432                  */
1433                 pmap_invalidate_cache();
1434         }
1435 }
1436
1437 void
1438 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1439 {
1440         int i;
1441
1442         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1443             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0) {
1444                 pmap_invalidate_cache();
1445         } else {
1446                 for (i = 0; i < count; i++)
1447                         pmap_flush_page(pages[i]);
1448         }
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Are we current address space or kernel?
1453  */
1454 static __inline int
1455 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1456 {
1457
1458         return (pmap == kernel_pmap);
1459 }
1460
1461 /*
1462  * If the given pmap is not the current or kernel pmap, the returned pte must
1463  * be released by passing it to pmap_pte_release().
1464  */
1465 pt_entry_t *
1466 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1467 {
1468         pd_entry_t newpf;
1469         pd_entry_t *pde;
1470
1471         pde = pmap_pde(pmap, va);
1472         if (*pde & PG_PS)
1473                 return (pde);
1474         if (*pde != 0) {
1475                 /* are we current address space or kernel? */
1476                 if (pmap_is_current(pmap))
1477                         return (vtopte(va));
1478                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
1479                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1480                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != newpf) {
1481                         *PMAP2 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1482                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
1483                 }
1484                 return (PADDR2 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1485         }
1486         return (NULL);
1487 }
1488
1489 /*
1490  * Releases a pte that was obtained from pmap_pte().  Be prepared for the pte
1491  * being NULL.
1492  */
1493 static __inline void
1494 pmap_pte_release(pt_entry_t *pte)
1495 {
1496
1497         if ((pt_entry_t *)((vm_offset_t)pte & ~PAGE_MASK) == PADDR2)
1498                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
1499 }
1500
1501 /*
1502  * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses to the
1503  * corresponding pages is subject to the situation described in the "AMD64
1504  * Architecture Programmer's Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23,
1505  * "7.3.1 Special Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG
1506  * right after modifying the PTE bits is crucial.
1507  */
1508 static __inline void
1509 invlcaddr(void *caddr)
1510 {
1511
1512         invlpg((u_int)caddr);
1513 }
1514
1515 /*
1516  * Super fast pmap_pte routine best used when scanning
1517  * the pv lists.  This eliminates many coarse-grained
1518  * invltlb calls.  Note that many of the pv list
1519  * scans are across different pmaps.  It is very wasteful
1520  * to do an entire invltlb for checking a single mapping.
1521  *
1522  * If the given pmap is not the current pmap, pvh_global_lock
1523  * must be held and curthread pinned to a CPU.
1524  */
1525 static pt_entry_t *
1526 pmap_pte_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1527 {
1528         pd_entry_t newpf;
1529         pd_entry_t *pde;
1530
1531         pde = pmap_pde(pmap, va);
1532         if (*pde & PG_PS)
1533                 return (pde);
1534         if (*pde != 0) {
1535                 /* are we current address space or kernel? */
1536                 if (pmap_is_current(pmap))
1537                         return (vtopte(va));
1538                 rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
1539                 KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
1540                 newpf = *pde & PG_FRAME;
1541                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != newpf) {
1542                         *PMAP1 = newpf | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1543 #ifdef SMP
1544                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1545 #endif
1546                         invlcaddr(PADDR1);
1547                         PMAP1changed++;
1548                 } else
1549 #ifdef SMP
1550                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
1551                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
1552                         invlcaddr(PADDR1);
1553                         PMAP1changedcpu++;
1554                 } else
1555 #endif
1556                         PMAP1unchanged++;
1557                 return (PADDR1 + (i386_btop(va) & (NPTEPG - 1)));
1558         }
1559         return (0);
1560 }
1561
1562 /*
1563  *      Routine:        pmap_extract
1564  *      Function:
1565  *              Extract the physical page address associated
1566  *              with the given map/virtual_address pair.
1567  */
1568 vm_paddr_t 
1569 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1570 {
1571         vm_paddr_t rtval;
1572         pt_entry_t *pte;
1573         pd_entry_t pde;
1574
1575         rtval = 0;
1576         PMAP_LOCK(pmap);
1577         pde = pmap->pm_pdir[va >> PDRSHIFT];
1578         if (pde != 0) {
1579                 if ((pde & PG_PS) != 0)
1580                         rtval = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1581                 else {
1582                         pte = pmap_pte(pmap, va);
1583                         rtval = (*pte & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1584                         pmap_pte_release(pte);
1585                 }
1586         }
1587         PMAP_UNLOCK(pmap);
1588         return (rtval);
1589 }
1590
1591 /*
1592  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1593  *      Function:
1594  *              Atomically extract and hold the physical page
1595  *              with the given pmap and virtual address pair
1596  *              if that mapping permits the given protection.
1597  */
1598 vm_page_t
1599 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1600 {
1601         pd_entry_t pde;
1602         pt_entry_t pte, *ptep;
1603         vm_page_t m;
1604         vm_paddr_t pa;
1605
1606         pa = 0;
1607         m = NULL;
1608         PMAP_LOCK(pmap);
1609 retry:
1610         pde = *pmap_pde(pmap, va);
1611         if (pde != 0) {
1612                 if (pde & PG_PS) {
1613                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1614                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1615                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1616                                         goto retry;
1617                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1618                                     (va & PDRMASK));
1619                                 vm_page_hold(m);
1620                         }
1621                 } else {
1622                         ptep = pmap_pte(pmap, va);
1623                         pte = *ptep;
1624                         pmap_pte_release(ptep);
1625                         if (pte != 0 &&
1626                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1627                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1628                                     &pa))
1629                                         goto retry;
1630                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1631                                 vm_page_hold(m);
1632                         }
1633                 }
1634         }
1635         PA_UNLOCK_COND(pa);
1636         PMAP_UNLOCK(pmap);
1637         return (m);
1638 }
1639
1640 /***************************************************
1641  * Low level mapping routines.....
1642  ***************************************************/
1643
1644 /*
1645  * Add a wired page to the kva.
1646  * Note: not SMP coherent.
1647  *
1648  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1649  */
1650 PMAP_INLINE void 
1651 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1652 {
1653         pt_entry_t *pte;
1654
1655         pte = vtopte(va);
1656         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1657 }
1658
1659 static __inline void
1660 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1661 {
1662         pt_entry_t *pte;
1663
1664         pte = vtopte(va);
1665         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | pmap_cache_bits(mode, 0));
1666 }
1667
1668 /*
1669  * Remove a page from the kernel pagetables.
1670  * Note: not SMP coherent.
1671  *
1672  * This function may be used before pmap_bootstrap() is called.
1673  */
1674 PMAP_INLINE void
1675 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1676 {
1677         pt_entry_t *pte;
1678
1679         pte = vtopte(va);
1680         pte_clear(pte);
1681 }
1682
1683 /*
1684  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1685  *      virtual address space.
1686  *
1687  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1688  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1689  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1690  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1691  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1692  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1693  *      region.
1694  */
1695 vm_offset_t
1696 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1697 {
1698         vm_offset_t va, sva;
1699         vm_paddr_t superpage_offset;
1700         pd_entry_t newpde;
1701
1702         va = *virt;
1703         /*
1704          * Does the physical address range's size and alignment permit at
1705          * least one superpage mapping to be created?
1706          */ 
1707         superpage_offset = start & PDRMASK;
1708         if ((end - start) - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) >= NBPDR) {
1709                 /*
1710                  * Increase the starting virtual address so that its alignment
1711                  * does not preclude the use of superpage mappings.
1712                  */
1713                 if ((va & PDRMASK) < superpage_offset)
1714                         va = (va & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1715                 else if ((va & PDRMASK) > superpage_offset)
1716                         va = ((va + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
1717         }
1718         sva = va;
1719         while (start < end) {
1720                 if ((start & PDRMASK) == 0 && end - start >= NBPDR &&
1721                     pseflag) {
1722                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
1723                             ("pmap_map: misaligned va %#x", va));
1724                         newpde = start | PG_PS | PG_RW | PG_V;
1725                         pmap_kenter_pde(va, newpde);
1726                         va += NBPDR;
1727                         start += NBPDR;
1728                 } else {
1729                         pmap_kenter(va, start);
1730                         va += PAGE_SIZE;
1731                         start += PAGE_SIZE;
1732                 }
1733         }
1734         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1735         *virt = va;
1736         return (sva);
1737 }
1738
1739
1740 /*
1741  * Add a list of wired pages to the kva
1742  * this routine is only used for temporary
1743  * kernel mappings that do not need to have
1744  * page modification or references recorded.
1745  * Note that old mappings are simply written
1746  * over.  The page *must* be wired.
1747  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1748  */
1749 void
1750 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1751 {
1752         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1753         vm_page_t m;
1754
1755         oldpte = 0;
1756         pte = vtopte(sva);
1757         endpte = pte + count;
1758         while (pte < endpte) {
1759                 m = *ma++;
1760                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1761                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1762                         oldpte |= *pte;
1763 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1764                         pte_store(pte, pa | pg_nx | PG_RW | PG_V);
1765 #else
1766                         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V);
1767 #endif
1768                 }
1769                 pte++;
1770         }
1771         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1772                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1773                     PAGE_SIZE);
1774 }
1775
1776 /*
1777  * This routine tears out page mappings from the
1778  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1779  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1780  */
1781 void
1782 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1783 {
1784         vm_offset_t va;
1785
1786         va = sva;
1787         while (count-- > 0) {
1788                 pmap_kremove(va);
1789                 va += PAGE_SIZE;
1790         }
1791         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1792 }
1793
1794 /***************************************************
1795  * Page table page management routines.....
1796  ***************************************************/
1797 /*
1798  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1799  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1800  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1801  */
1802 static __inline void
1803 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1804     boolean_t set_PG_ZERO)
1805 {
1806
1807         if (set_PG_ZERO)
1808                 m->flags |= PG_ZERO;
1809         else
1810                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1811         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1812 }
1813
1814 /*
1815  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1816  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1817  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1818  * ordered by this virtual address range.
1819  */
1820 static __inline int
1821 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1822 {
1823
1824         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1825         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1826 }
1827
1828 /*
1829  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1830  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1831  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1832  * specified virtual address.
1833  */
1834 static __inline vm_page_t
1835 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1836 {
1837
1838         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1839         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, va >> PDRSHIFT));
1840 }
1841
1842 /*
1843  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1844  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1845  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1846  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1847  */
1848 static inline boolean_t
1849 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1850 {
1851
1852         --m->wire_count;
1853         if (m->wire_count == 0) {
1854                 _pmap_unwire_ptp(pmap, m, free);
1855                 return (TRUE);
1856         } else
1857                 return (FALSE);
1858 }
1859
1860 static void
1861 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_page_t m, struct spglist *free)
1862 {
1863         vm_offset_t pteva;
1864
1865         /*
1866          * unmap the page table page
1867          */
1868         pmap->pm_pdir[m->pindex] = 0;
1869         --pmap->pm_stats.resident_count;
1870
1871         /*
1872          * Do an invltlb to make the invalidated mapping
1873          * take effect immediately.
1874          */
1875         pteva = VM_MAXUSER_ADDRESS + i386_ptob(m->pindex);
1876         pmap_invalidate_page(pmap, pteva);
1877
1878         /* 
1879          * Put page on a list so that it is released after
1880          * *ALL* TLB shootdown is done
1881          */
1882         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1883 }
1884
1885 /*
1886  * After removing a page table entry, this routine is used to
1887  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1888  */
1889 static int
1890 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
1891 {
1892         pd_entry_t ptepde;
1893         vm_page_t mpte;
1894
1895         if (pmap == kernel_pmap)
1896                 return (0);
1897         ptepde = *pmap_pde(pmap, va);
1898         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1899         return (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, free));
1900 }
1901
1902 /*
1903  * Initialize the pmap for the swapper process.
1904  */
1905 void
1906 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1907 {
1908
1909         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1910         pmap->pm_pdir = IdlePTD;
1911 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1912         pmap->pm_pdpt = IdlePDPT;
1913 #endif
1914         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1915         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1916         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1917         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1918         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1919 }
1920
1921 /*
1922  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1923  * such as one in a vmspace structure.
1924  */
1925 int
1926 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1927 {
1928         vm_page_t m;
1929         int i;
1930
1931         /*
1932          * No need to allocate page table space yet but we do need a valid
1933          * page directory table.
1934          */
1935         if (pmap->pm_pdir == NULL) {
1936                 pmap->pm_pdir = (pd_entry_t *)kva_alloc(NBPTD);
1937                 if (pmap->pm_pdir == NULL)
1938                         return (0);
1939 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1940                 pmap->pm_pdpt = uma_zalloc(pdptzone, M_WAITOK | M_ZERO);
1941                 KASSERT(((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt &
1942                     ((NPGPTD * sizeof(pdpt_entry_t)) - 1)) == 0,
1943                     ("pmap_pinit: pdpt misaligned"));
1944                 KASSERT(pmap_kextract((vm_offset_t)pmap->pm_pdpt) < (4ULL<<30),
1945                     ("pmap_pinit: pdpt above 4g"));
1946 #endif
1947                 pmap->pm_root.rt_root = 0;
1948         }
1949         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
1950             ("pmap_pinit: pmap has reserved page table page(s)"));
1951
1952         /*
1953          * allocate the page directory page(s)
1954          */
1955         for (i = 0; i < NPGPTD;) {
1956                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
1957                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1958                 if (m == NULL) {
1959                         vm_wait(NULL);
1960                 } else {
1961                         pmap->pm_ptdpg[i] = m;
1962 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
1963                         pmap->pm_pdpt[i] = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V;
1964 #endif
1965                         i++;
1966                 }
1967         }
1968
1969         pmap_qenter((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, pmap->pm_ptdpg, NPGPTD);
1970
1971         for (i = 0; i < NPGPTD; i++)
1972                 if ((pmap->pm_ptdpg[i]->flags & PG_ZERO) == 0)
1973                         pagezero(pmap->pm_pdir + (i * NPDEPG));
1974
1975         /* Install the trampoline mapping. */
1976         pmap->pm_pdir[TRPTDI] = PTD[TRPTDI];
1977
1978         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1979         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1980         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1981
1982         return (1);
1983 }
1984
1985 /*
1986  * this routine is called if the page table page is not
1987  * mapped correctly.
1988  */
1989 static vm_page_t
1990 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, u_int ptepindex, u_int flags)
1991 {
1992         vm_paddr_t ptepa;
1993         vm_page_t m;
1994
1995         /*
1996          * Allocate a page table page.
1997          */
1998         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1999             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2000                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0) {
2001                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2002                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2003                         vm_wait(NULL);
2004                         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2005                         PMAP_LOCK(pmap);
2006                 }
2007
2008                 /*
2009                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2010                  * page may have been allocated.
2011                  */
2012                 return (NULL);
2013         }
2014         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2015                 pmap_zero_page(m);
2016
2017         /*
2018          * Map the pagetable page into the process address space, if
2019          * it isn't already there.
2020          */
2021
2022         pmap->pm_stats.resident_count++;
2023
2024         ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2025         pmap->pm_pdir[ptepindex] =
2026                 (pd_entry_t) (ptepa | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M);
2027
2028         return (m);
2029 }
2030
2031 static vm_page_t
2032 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, u_int flags)
2033 {
2034         u_int ptepindex;
2035         pd_entry_t ptepa;
2036         vm_page_t m;
2037
2038         /*
2039          * Calculate pagetable page index
2040          */
2041         ptepindex = va >> PDRSHIFT;
2042 retry:
2043         /*
2044          * Get the page directory entry
2045          */
2046         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2047
2048         /*
2049          * This supports switching from a 4MB page to a
2050          * normal 4K page.
2051          */
2052         if (ptepa & PG_PS) {
2053                 (void)pmap_demote_pde(pmap, &pmap->pm_pdir[ptepindex], va);
2054                 ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
2055         }
2056
2057         /*
2058          * If the page table page is mapped, we just increment the
2059          * hold count, and activate it.
2060          */
2061         if (ptepa) {
2062                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
2063                 m->wire_count++;
2064         } else {
2065                 /*
2066                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has
2067                  * been deallocated. 
2068                  */
2069                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, flags);
2070                 if (m == NULL && (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) == 0)
2071                         goto retry;
2072         }
2073         return (m);
2074 }
2075
2076
2077 /***************************************************
2078 * Pmap allocation/deallocation routines.
2079  ***************************************************/
2080
2081 /*
2082  * Release any resources held by the given physical map.
2083  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2084  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2085  */
2086 void
2087 pmap_release(pmap_t pmap)
2088 {
2089         vm_page_t m;
2090         int i;
2091
2092         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2093             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2094             pmap->pm_stats.resident_count));
2095         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2096             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2097         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2098             ("releasing active pmap %p", pmap));
2099
2100         pmap_qremove((vm_offset_t)pmap->pm_pdir, NPGPTD);
2101
2102         for (i = 0; i < NPGPTD; i++) {
2103                 m = pmap->pm_ptdpg[i];
2104 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
2105                 KASSERT(VM_PAGE_TO_PHYS(m) == (pmap->pm_pdpt[i] & PG_FRAME),
2106                     ("pmap_release: got wrong ptd page"));
2107 #endif
2108                 vm_page_unwire_noq(m);
2109                 vm_page_free(m);
2110         }
2111 }
2112
2113 static int
2114 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2115 {
2116         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - KERNBASE;
2117
2118         return (sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req));
2119 }
2120 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2121     0, 0, kvm_size, "IU", "Size of KVM");
2122
2123 static int
2124 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2125 {
2126         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2127
2128         return (sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req));
2129 }
2130 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2131     0, 0, kvm_free, "IU", "Amount of KVM free");
2132
2133 /*
2134  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2135  */
2136 void
2137 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2138 {
2139         vm_paddr_t ptppaddr;
2140         vm_page_t nkpg;
2141         pd_entry_t newpdir;
2142
2143         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2144         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2145         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2146                 addr = kernel_map->max_offset;
2147         while (kernel_vm_end < addr) {
2148                 if (pdir_pde(PTD, kernel_vm_end)) {
2149                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2150                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2151                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2152                                 break;
2153                         }
2154                         continue;
2155                 }
2156
2157                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDRSHIFT,
2158                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2159                     VM_ALLOC_ZERO);
2160                 if (nkpg == NULL)
2161                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2162
2163                 nkpt++;
2164
2165                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2166                         pmap_zero_page(nkpg);
2167                 ptppaddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2168                 newpdir = (pd_entry_t) (ptppaddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2169                 pdir_pde(KPTD, kernel_vm_end) = newpdir;
2170
2171                 pmap_kenter_pde(kernel_vm_end, newpdir);
2172                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2173                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2174                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2175                         break;
2176                 }
2177         }
2178 }
2179
2180
2181 /***************************************************
2182  * page management routines.
2183  ***************************************************/
2184
2185 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2186 CTASSERT(_NPCM == 11);
2187 CTASSERT(_NPCPV == 336);
2188
2189 static __inline struct pv_chunk *
2190 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2191 {
2192
2193         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2194 }
2195
2196 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2197
2198 #define PC_FREE0_9      0xfffffffful    /* Free values for index 0 through 9 */
2199 #define PC_FREE10       0x0000fffful    /* Free values for index 10 */
2200
2201 static const uint32_t pc_freemask[_NPCM] = {
2202         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2203         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2204         PC_FREE0_9, PC_FREE0_9, PC_FREE0_9,
2205         PC_FREE0_9, PC_FREE10
2206 };
2207
2208 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2209         "Current number of pv entries");
2210
2211 #ifdef PV_STATS
2212 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2213
2214 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2215         "Current number of pv entry chunks");
2216 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2217         "Current number of pv entry chunks allocated");
2218 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2219         "Current number of pv entry chunks frees");
2220 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2221         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2222
2223 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs;
2224 static int pv_entry_spare;
2225
2226 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2227         "Current number of pv entry frees");
2228 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2229         "Current number of pv entry allocs");
2230 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2231         "Current number of spare pv entries");
2232 #endif
2233
2234 /*
2235  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2236  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2237  * another pv entry chunk.
2238  */
2239 static vm_page_t
2240 pmap_pv_reclaim(pmap_t locked_pmap)
2241 {
2242         struct pch newtail;
2243         struct pv_chunk *pc;
2244         struct md_page *pvh;
2245         pd_entry_t *pde;
2246         pmap_t pmap;
2247         pt_entry_t *pte, tpte;
2248         pv_entry_t pv;
2249         vm_offset_t va;
2250         vm_page_t m, m_pc;
2251         struct spglist free;
2252         uint32_t inuse;
2253         int bit, field, freed;
2254
2255         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2256         pmap = NULL;
2257         m_pc = NULL;
2258         SLIST_INIT(&free);
2259         TAILQ_INIT(&newtail);
2260         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && (pv_vafree == 0 ||
2261             SLIST_EMPTY(&free))) {
2262                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2263                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2264                         if (pmap != NULL) {
2265                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2266                                 if (pmap != locked_pmap)
2267                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2268                         }
2269                         pmap = pc->pc_pmap;
2270                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2271                         if (pmap > locked_pmap)
2272                                 PMAP_LOCK(pmap);
2273                         else if (pmap != locked_pmap && !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2274                                 pmap = NULL;
2275                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2276                                 continue;
2277                         }
2278                 }
2279
2280                 /*
2281                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2282                  */
2283                 freed = 0;
2284                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2285                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2286                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2287                                 bit = bsfl(inuse);
2288                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2289                                 va = pv->pv_va;
2290                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2291                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2292                                         continue;
2293                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
2294                                 tpte = *pte;
2295                                 if ((tpte & PG_W) == 0)
2296                                         tpte = pte_load_clear(pte);
2297                                 pmap_pte_release(pte);
2298                                 if ((tpte & PG_W) != 0)
2299                                         continue;
2300                                 KASSERT(tpte != 0,
2301                                     ("pmap_pv_reclaim: pmap %p va %x zero pte",
2302                                     pmap, va));
2303                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2304                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2305                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2306                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2307                                         vm_page_dirty(m);
2308                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2309                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2310                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2311                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2312                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2313                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2314                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2315                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2316                                                     PGA_WRITEABLE);
2317                                         }
2318                                 }
2319                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2320                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, &free);
2321                                 freed++;
2322                         }
2323                 }
2324                 if (freed == 0) {
2325                         TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2326                         continue;
2327                 }
2328                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2329                 pmap->pm_stats.resident_count -= freed;
2330                 PV_STAT(pv_entry_frees += freed);
2331                 PV_STAT(pv_entry_spare += freed);
2332                 pv_entry_count -= freed;
2333                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2334                 for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2335                         if (pc->pc_map[field] != pc_freemask[field]) {
2336                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2337                                     pc_list);
2338                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&newtail, pc, pc_lru);
2339
2340                                 /*
2341                                  * One freed pv entry in locked_pmap is
2342                                  * sufficient.
2343                                  */
2344                                 if (pmap == locked_pmap)
2345                                         goto out;
2346                                 break;
2347                         }
2348                 if (field == _NPCM) {
2349                         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2350                         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2351                         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2352                         /* Entire chunk is free; return it. */
2353                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2354                         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2355                         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2356                         break;
2357                 }
2358         }
2359 out:
2360         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &newtail, pc_lru);
2361         if (pmap != NULL) {
2362                 pmap_invalidate_all(pmap);
2363                 if (pmap != locked_pmap)
2364                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2365         }
2366         if (m_pc == NULL && pv_vafree != 0 && SLIST_EMPTY(&free)) {
2367                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2368                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2369                 /* Recycle a freed page table page. */
2370                 m_pc->wire_count = 1;
2371         }
2372         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2373         return (m_pc);
2374 }
2375
2376 /*
2377  * free the pv_entry back to the free list
2378  */
2379 static void
2380 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2381 {
2382         struct pv_chunk *pc;
2383         int idx, field, bit;
2384
2385         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2386         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2387         PV_STAT(pv_entry_frees++);
2388         PV_STAT(pv_entry_spare++);
2389         pv_entry_count--;
2390         pc = pv_to_chunk(pv);
2391         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2392         field = idx / 32;
2393         bit = idx % 32;
2394         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2395         for (idx = 0; idx < _NPCM; idx++)
2396                 if (pc->pc_map[idx] != pc_freemask[idx]) {
2397                         /*
2398                          * 98% of the time, pc is already at the head of the
2399                          * list.  If it isn't already, move it to the head.
2400                          */
2401                         if (__predict_false(TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk) !=
2402                             pc)) {
2403                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2404                                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2405                                     pc_list);
2406                         }
2407                         return;
2408                 }
2409         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2410         free_pv_chunk(pc);
2411 }
2412
2413 static void
2414 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2415 {
2416         vm_page_t m;
2417
2418         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2419         PV_STAT(pv_entry_spare -= _NPCPV);
2420         PV_STAT(pc_chunk_count--);
2421         PV_STAT(pc_chunk_frees++);
2422         /* entire chunk is free, return it */
2423         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract((vm_offset_t)pc));
2424         pmap_qremove((vm_offset_t)pc, 1);
2425         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
2426         vm_page_free(m);
2427         pmap_ptelist_free(&pv_vafree, (vm_offset_t)pc);
2428 }
2429
2430 /*
2431  * get a new pv_entry, allocating a block from the system
2432  * when needed.
2433  */
2434 static pv_entry_t
2435 get_pv_entry(pmap_t pmap, boolean_t try)
2436 {
2437         static const struct timeval printinterval = { 60, 0 };
2438         static struct timeval lastprint;
2439         int bit, field;
2440         pv_entry_t pv;
2441         struct pv_chunk *pc;
2442         vm_page_t m;
2443
2444         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2445         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2446         PV_STAT(pv_entry_allocs++);
2447         pv_entry_count++;
2448         if (pv_entry_count > pv_entry_high_water)
2449                 if (ratecheck(&lastprint, &printinterval))
2450                         printf("Approaching the limit on PV entries, consider "
2451                             "increasing either the vm.pmap.shpgperproc or the "
2452                             "vm.pmap.pv_entry_max tunable.\n");
2453 retry:
2454         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2455         if (pc != NULL) {
2456                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2457                         if (pc->pc_map[field]) {
2458                                 bit = bsfl(pc->pc_map[field]);
2459                                 break;
2460                         }
2461                 }
2462                 if (field < _NPCM) {
2463                         pv = &pc->pc_pventry[field * 32 + bit];
2464                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2465                         /* If this was the last item, move it to tail */
2466                         for (field = 0; field < _NPCM; field++)
2467                                 if (pc->pc_map[field] != 0) {
2468                                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2469                                         return (pv);    /* not full, return */
2470                                 }
2471                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2472                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2473                         PV_STAT(pv_entry_spare--);
2474                         return (pv);
2475                 }
2476         }
2477         /*
2478          * Access to the ptelist "pv_vafree" is synchronized by the pvh
2479          * global lock.  If "pv_vafree" is currently non-empty, it will
2480          * remain non-empty until pmap_ptelist_alloc() completes.
2481          */
2482         if (pv_vafree == 0 || (m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2483             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2484                 if (try) {
2485                         pv_entry_count--;
2486                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2487                         return (NULL);
2488                 }
2489                 m = pmap_pv_reclaim(pmap);
2490                 if (m == NULL)
2491                         goto retry;
2492         }
2493         PV_STAT(pc_chunk_count++);
2494         PV_STAT(pc_chunk_allocs++);
2495         pc = (struct pv_chunk *)pmap_ptelist_alloc(&pv_vafree);
2496         pmap_qenter((vm_offset_t)pc, &m, 1);
2497         pc->pc_pmap = pmap;
2498         pc->pc_map[0] = pc_freemask[0] & ~1ul;  /* preallocated bit 0 */
2499         for (field = 1; field < _NPCM; field++)
2500                 pc->pc_map[field] = pc_freemask[field];
2501         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2502         pv = &pc->pc_pventry[0];
2503         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2504         PV_STAT(pv_entry_spare += _NPCPV - 1);
2505         return (pv);
2506 }
2507
2508 static __inline pv_entry_t
2509 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2510 {
2511         pv_entry_t pv;
2512
2513         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2514         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2515                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2516                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2517                         break;
2518                 }
2519         }
2520         return (pv);
2521 }
2522
2523 static void
2524 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2525 {
2526         struct md_page *pvh;
2527         pv_entry_t pv;
2528         vm_offset_t va_last;
2529         vm_page_t m;
2530
2531         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2532         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2533             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2534
2535         /*
2536          * Transfer the 4mpage's pv entry for this mapping to the first
2537          * page's pv list.
2538          */
2539         pvh = pa_to_pvh(pa);
2540         va = trunc_4mpage(va);
2541         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2542         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2543         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2544         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2545         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2546         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2547         do {
2548                 m++;
2549                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2550                     ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2551                 va += PAGE_SIZE;
2552                 pmap_insert_entry(pmap, va, m);
2553         } while (va < va_last);
2554 }
2555
2556 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2557 static void
2558 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2559 {
2560         struct md_page *pvh;
2561         pv_entry_t pv;
2562         vm_offset_t va_last;
2563         vm_page_t m;
2564
2565         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2566         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2567             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 4mpage aligned"));
2568
2569         /*
2570          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the
2571          * 4mpage's pv list.  Aside from avoiding the cost of a call
2572          * to get_pv_entry(), a transfer avoids the possibility that
2573          * get_pv_entry() calls pmap_collect() and that pmap_collect()
2574          * removes one of the mappings that is being promoted.
2575          */
2576         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2577         va = trunc_4mpage(va);
2578         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2579         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2580         pvh = pa_to_pvh(pa);
2581         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2582         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2583         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2584         do {
2585                 m++;
2586                 va += PAGE_SIZE;
2587                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2588         } while (va < va_last);
2589 }
2590 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
2591
2592 static void
2593 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2594 {
2595         pv_entry_t pv;
2596
2597         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2598         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2599         free_pv_entry(pmap, pv);
2600 }
2601
2602 static void
2603 pmap_remove_entry(pmap_t pmap, vm_page_t m, vm_offset_t va)
2604 {
2605         struct md_page *pvh;
2606
2607         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2608         pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2609         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2610                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2611                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2612                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2613         }
2614 }
2615
2616 /*
2617  * Create a pv entry for page at pa for
2618  * (pmap, va).
2619  */
2620 static void
2621 pmap_insert_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2622 {
2623         pv_entry_t pv;
2624
2625         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2626         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2627         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
2628         pv->pv_va = va;
2629         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2630 }
2631
2632 /*
2633  * Conditionally create a pv entry.
2634  */
2635 static boolean_t
2636 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m)
2637 {
2638         pv_entry_t pv;
2639
2640         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2641         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2642         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2643             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2644                 pv->pv_va = va;
2645                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2646                 return (TRUE);
2647         } else
2648                 return (FALSE);
2649 }
2650
2651 /*
2652  * Create the pv entries for each of the pages within a superpage.
2653  */
2654 static boolean_t
2655 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2656 {
2657         struct md_page *pvh;
2658         pv_entry_t pv;
2659
2660         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2661         if (pv_entry_count < pv_entry_high_water && 
2662             (pv = get_pv_entry(pmap, TRUE)) != NULL) {
2663                 pv->pv_va = va;
2664                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2665                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2666                 return (TRUE);
2667         } else
2668                 return (FALSE);
2669 }
2670
2671 /*
2672  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2673  */
2674 static void
2675 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2676 {
2677         pt_entry_t *pte;
2678
2679         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2680                 *pte = newpte;  
2681                 newpte += PAGE_SIZE;
2682         }
2683 }
2684
2685 /*
2686  * Tries to demote a 2- or 4MB page mapping.  If demotion fails, the
2687  * 2- or 4MB page mapping is invalidated.
2688  */
2689 static boolean_t
2690 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2691 {
2692         pd_entry_t newpde, oldpde;
2693         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2694         vm_paddr_t mptepa;
2695         vm_page_t mpte;
2696         struct spglist free;
2697         vm_offset_t sva;
2698
2699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2700         oldpde = *pde;
2701         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2702             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2703         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2704             NULL) {
2705                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2706                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2707                     " is missing"));
2708
2709                 /*
2710                  * Invalidate the 2- or 4MB page mapping and return
2711                  * "failure" if the mapping was never accessed or the
2712                  * allocation of the new page table page fails.
2713                  */
2714                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2715                     va >> PDRSHIFT, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NORMAL |
2716                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2717                         SLIST_INIT(&free);
2718                         sva = trunc_4mpage(va);
2719                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free);
2720                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
2721                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
2722                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2723                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#x"
2724                             " in pmap %p", va, pmap);
2725                         return (FALSE);
2726                 }
2727                 if (pmap != kernel_pmap)
2728                         pmap->pm_stats.resident_count++;
2729         }
2730         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2731
2732         /*
2733          * If the page mapping is in the kernel's address space, then the
2734          * KPTmap can provide access to the page table page.  Otherwise,
2735          * temporarily map the page table page (mpte) into the kernel's
2736          * address space at either PADDR1 or PADDR2. 
2737          */
2738         if (pmap == kernel_pmap)
2739                 firstpte = &KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))];
2740         else if (curthread->td_pinned > 0 && rw_wowned(&pvh_global_lock)) {
2741                 if ((*PMAP1 & PG_FRAME) != mptepa) {
2742                         *PMAP1 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2743 #ifdef SMP
2744                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2745 #endif
2746                         invlcaddr(PADDR1);
2747                         PMAP1changed++;
2748                 } else
2749 #ifdef SMP
2750                 if (PMAP1cpu != PCPU_GET(cpuid)) {
2751                         PMAP1cpu = PCPU_GET(cpuid);
2752                         invlcaddr(PADDR1);
2753                         PMAP1changedcpu++;
2754                 } else
2755 #endif
2756                         PMAP1unchanged++;
2757                 firstpte = PADDR1;
2758         } else {
2759                 mtx_lock(&PMAP2mutex);
2760                 if ((*PMAP2 & PG_FRAME) != mptepa) {
2761                         *PMAP2 = mptepa | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2762                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, (vm_offset_t)PADDR2);
2763                 }
2764                 firstpte = PADDR2;
2765         }
2766         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2767         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2768             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2769         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2770             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2771         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2772         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2773                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2774
2775         /*
2776          * If the page table page is new, initialize it.
2777          */
2778         if (mpte->wire_count == 1) {
2779                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2780                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2781         }
2782         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2783             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2784             " addresses"));
2785
2786         /*
2787          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2788          * entries.
2789          */ 
2790         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2791                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2792         
2793         /*
2794          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2795          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2796          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2797          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2798          * the read above and the store below. 
2799          */
2800         if (workaround_erratum383)
2801                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2802         else if (pmap == kernel_pmap)
2803                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2804         else
2805                 pde_store(pde, newpde); 
2806         if (firstpte == PADDR2)
2807                 mtx_unlock(&PMAP2mutex);
2808
2809         /*
2810          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2811          */
2812         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2813
2814         /*
2815          * Demote the pv entry.  This depends on the earlier demotion
2816          * of the mapping.  Specifically, the (re)creation of a per-
2817          * page pv entry might trigger the execution of pmap_collect(),
2818          * which might reclaim a newly (re)created per-page pv entry
2819          * and destroy the associated mapping.  In order to destroy
2820          * the mapping, the PDE must have already changed from mapping
2821          * the 2mpage to referencing the page table page.
2822          */
2823         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2824                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME);
2825
2826         pmap_pde_demotions++;
2827         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#x"
2828             " in pmap %p", va, pmap);
2829         return (TRUE);
2830 }
2831
2832 /*
2833  * Removes a 2- or 4MB page mapping from the kernel pmap.
2834  */
2835 static void
2836 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2837 {
2838         pd_entry_t newpde;
2839         vm_paddr_t mptepa;
2840         vm_page_t mpte;
2841
2842         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2843         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
2844         if (mpte == NULL)
2845                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
2846
2847         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2848         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
2849
2850         /*
2851          * Initialize the page table page.
2852          */
2853         pagezero((void *)&KPTmap[i386_btop(trunc_4mpage(va))]);
2854
2855         /*
2856          * Remove the mapping.
2857          */
2858         if (workaround_erratum383)
2859                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2860         else 
2861                 pmap_kenter_pde(va, newpde);
2862
2863         /*
2864          * Invalidate the recursive mapping of the page table page.
2865          */
2866         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2867 }
2868
2869 /*
2870  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
2871  */
2872 static void
2873 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
2874     struct spglist *free)
2875 {
2876         struct md_page *pvh;
2877         pd_entry_t oldpde;
2878         vm_offset_t eva, va;
2879         vm_page_t m, mpte;
2880
2881         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2882         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
2883             ("pmap_remove_pde: sva is not 4mpage aligned"));
2884         oldpde = pte_load_clear(pdq);
2885         if (oldpde & PG_W)
2886                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2887
2888         /*
2889          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2890          * PG_G.
2891          */
2892         if ((oldpde & PG_G) != 0)
2893                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
2894
2895         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
2896         if (oldpde & PG_MANAGED) {
2897                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
2898                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2899                 eva = sva + NBPDR;
2900                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
2901                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2902                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2903                                 vm_page_dirty(m);
2904                         if (oldpde & PG_A)
2905                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2906                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2907                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2908                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2909                 }
2910         }
2911         if (pmap == kernel_pmap) {
2912                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
2913         } else {
2914                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2915                 if (mpte != NULL) {
2916                         pmap->pm_stats.resident_count--;
2917                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
2918                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
2919                         mpte->wire_count = 0;
2920                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
2921                 }
2922         }
2923 }
2924
2925 /*
2926  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
2927  */
2928 static int
2929 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va,
2930     struct spglist *free)
2931 {
2932         pt_entry_t oldpte;
2933         vm_page_t m;
2934
2935         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2936         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2937         oldpte = pte_load_clear(ptq);
2938         KASSERT(oldpte != 0,
2939             ("pmap_remove_pte: pmap %p va %x zero pte", pmap, va));
2940         if (oldpte & PG_W)
2941                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2942         /*
2943          * Machines that don't support invlpg, also don't support
2944          * PG_G.
2945          */
2946         if (oldpte & PG_G)
2947                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
2948         pmap->pm_stats.resident_count -= 1;
2949         if (oldpte & PG_MANAGED) {
2950                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
2951                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2952                         vm_page_dirty(m);
2953                 if (oldpte & PG_A)
2954                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2955                 pmap_remove_entry(pmap, m, va);
2956         }
2957         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, free));
2958 }
2959
2960 /*
2961  * Remove a single page from a process address space
2962  */
2963 static void
2964 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct spglist *free)
2965 {
2966         pt_entry_t *pte;
2967
2968         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
2969         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
2970         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2971         if ((pte = pmap_pte_quick(pmap, va)) == NULL || *pte == 0)
2972                 return;
2973         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, free);
2974         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2975 }
2976
2977 /*
2978  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2979  *
2980  *      It is assumed that the start and end are properly
2981  *      rounded to the page size.
2982  */
2983 void
2984 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2985 {
2986         vm_offset_t pdnxt;
2987         pd_entry_t ptpaddr;
2988         pt_entry_t *pte;
2989         struct spglist free;
2990         int anyvalid;
2991
2992         /*
2993          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2994          */
2995         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2996                 return;
2997
2998         anyvalid = 0;
2999         SLIST_INIT(&free);
3000
3001         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3002         sched_pin();
3003         PMAP_LOCK(pmap);
3004
3005         /*
3006          * special handling of removing one page.  a very
3007          * common operation and easy to short circuit some
3008          * code.
3009          */
3010         if ((sva + PAGE_SIZE == eva) && 
3011             ((pmap->pm_pdir[(sva >> PDRSHIFT)] & PG_PS) == 0)) {
3012                 pmap_remove_page(pmap, sva, &free);
3013                 goto out;
3014         }
3015
3016         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3017                 u_int pdirindex;
3018
3019                 /*
3020                  * Calculate index for next page table.
3021                  */
3022                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3023                 if (pdnxt < sva)
3024                         pdnxt = eva;
3025                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3026                         break;
3027
3028                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3029                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3030
3031                 /*
3032                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3033                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3034                  */
3035                 if (ptpaddr == 0)
3036                         continue;
3037
3038                 /*
3039                  * Check for large page.
3040                  */
3041                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3042                         /*
3043                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3044                          * demote the mapping and fall through.
3045                          */
3046                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3047                                 /*
3048                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3049                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3050                                  */
3051                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3052                                         anyvalid = 1;
3053                                 pmap_remove_pde(pmap,
3054                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, &free);
3055                                 continue;
3056                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap,
3057                             &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3058                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3059                                 continue;
3060                         }
3061                 }
3062
3063                 /*
3064                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3065                  * by the current page table page, or to the end of the
3066                  * range being removed.
3067                  */
3068                 if (pdnxt > eva)
3069                         pdnxt = eva;
3070
3071                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3072                     sva += PAGE_SIZE) {
3073                         if (*pte == 0)
3074                                 continue;
3075
3076                         /*
3077                          * The TLB entry for a PG_G mapping is invalidated
3078                          * by pmap_remove_pte().
3079                          */
3080                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3081                                 anyvalid = 1;
3082                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, &free))
3083                                 break;
3084                 }
3085         }
3086 out:
3087         sched_unpin();
3088         if (anyvalid)
3089                 pmap_invalidate_all(pmap);
3090         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3091         PMAP_UNLOCK(pmap);
3092         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3093 }
3094
3095 /*
3096  *      Routine:        pmap_remove_all
3097  *      Function:
3098  *              Removes this physical page from
3099  *              all physical maps in which it resides.
3100  *              Reflects back modify bits to the pager.
3101  *
3102  *      Notes:
3103  *              Original versions of this routine were very
3104  *              inefficient because they iteratively called
3105  *              pmap_remove (slow...)
3106  */
3107
3108 void
3109 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3110 {
3111         struct md_page *pvh;
3112         pv_entry_t pv;
3113         pmap_t pmap;
3114         pt_entry_t *pte, tpte;
3115         pd_entry_t *pde;
3116         vm_offset_t va;
3117         struct spglist free;
3118
3119         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3120             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3121         SLIST_INIT(&free);
3122         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3123         sched_pin();
3124         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3125                 goto small_mappings;
3126         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3127         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3128                 va = pv->pv_va;
3129                 pmap = PV_PMAP(pv);
3130                 PMAP_LOCK(pmap);
3131                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3132                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3133                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3134         }
3135 small_mappings:
3136         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3137                 pmap = PV_PMAP(pv);
3138                 PMAP_LOCK(pmap);
3139                 pmap->pm_stats.resident_count--;
3140                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3141                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3142                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
3143                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
3144                 tpte = pte_load_clear(pte);
3145                 KASSERT(tpte != 0, ("pmap_remove_all: pmap %p va %x zero pte",
3146                     pmap, pv->pv_va));
3147                 if (tpte & PG_W)
3148                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3149                 if (tpte & PG_A)
3150                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3151
3152                 /*
3153                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3154                  */
3155                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3156                         vm_page_dirty(m);
3157                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
3158                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3159                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3160                 free_pv_entry(pmap, pv);
3161                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3162         }
3163         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3164         sched_unpin();
3165         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3166         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3167 }
3168
3169 /*
3170  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 4mpage in a process
3171  */
3172 static boolean_t
3173 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3174 {
3175         pd_entry_t newpde, oldpde;
3176         vm_offset_t eva, va;
3177         vm_page_t m;
3178         boolean_t anychanged;
3179
3180         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3181         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3182             ("pmap_protect_pde: sva is not 4mpage aligned"));
3183         anychanged = FALSE;
3184 retry:
3185         oldpde = newpde = *pde;
3186         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3187             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3188                 eva = sva + NBPDR;
3189                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3190                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3191                         vm_page_dirty(m);
3192         }
3193         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3194                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3195 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3196         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3197                 newpde |= pg_nx;
3198 #endif
3199         if (newpde != oldpde) {
3200                 /*
3201                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
3202                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
3203                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
3204                  */
3205                 if (!pde_cmpset(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
3206                         goto retry;
3207                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
3208                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3209                 else
3210                         anychanged = TRUE;
3211         }
3212         return (anychanged);
3213 }
3214
3215 /*
3216  *      Set the physical protection on the
3217  *      specified range of this map as requested.
3218  */
3219 void
3220 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3221 {
3222         vm_offset_t pdnxt;
3223         pd_entry_t ptpaddr;
3224         pt_entry_t *pte;
3225         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3226
3227         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
3228         if (prot == VM_PROT_NONE) {
3229                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3230                 return;
3231         }
3232
3233 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3234         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3235             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3236                 return;
3237 #else
3238         if (prot & VM_PROT_WRITE)
3239                 return;
3240 #endif
3241
3242         if (pmap_is_current(pmap))
3243                 pv_lists_locked = FALSE;
3244         else {
3245                 pv_lists_locked = TRUE;
3246 resume:
3247                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
3248                 sched_pin();
3249         }
3250         anychanged = FALSE;
3251
3252         PMAP_LOCK(pmap);
3253         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
3254                 pt_entry_t obits, pbits;
3255                 u_int pdirindex;
3256
3257                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3258                 if (pdnxt < sva)
3259                         pdnxt = eva;
3260
3261                 pdirindex = sva >> PDRSHIFT;
3262                 ptpaddr = pmap->pm_pdir[pdirindex];
3263
3264                 /*
3265                  * Weed out invalid mappings. Note: we assume that the page
3266                  * directory table is always allocated, and in kernel virtual.
3267                  */
3268                 if (ptpaddr == 0)
3269                         continue;
3270
3271                 /*
3272                  * Check for large page.
3273                  */
3274                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3275                         /*
3276                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3277                          * demote the mapping and fall through.
3278                          */
3279                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
3280                                 /*
3281                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3282                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3283                                  */
3284                                 if (pmap_protect_pde(pmap,
3285                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva, prot))
3286                                         anychanged = TRUE;
3287                                 continue;
3288                         } else {
3289                                 if (!pv_lists_locked) {
3290                                         pv_lists_locked = TRUE;
3291                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
3292                                                 if (anychanged)
3293                                                         pmap_invalidate_all(
3294                                                             pmap);
3295                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3296                                                 goto resume;
3297                                         }
3298                                         sched_pin();
3299                                 }
3300                                 if (!pmap_demote_pde(pmap,
3301                                     &pmap->pm_pdir[pdirindex], sva)) {
3302                                         /*
3303                                          * The large page mapping was
3304                                          * destroyed.
3305                                          */
3306                                         continue;
3307                                 }
3308                         }
3309                 }
3310
3311                 if (pdnxt > eva)
3312                         pdnxt = eva;
3313
3314                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
3315                     sva += PAGE_SIZE) {
3316                         vm_page_t m;
3317
3318 retry:
3319                         /*
3320                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits in
3321                          * size, PG_RW, PG_A, and PG_M are among the least
3322                          * significant 32 bits.
3323                          */
3324                         obits = pbits = *pte;
3325                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3326                                 continue;
3327
3328                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3329                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3330                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3331                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3332                                         vm_page_dirty(m);
3333                                 }
3334                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3335                         }
3336 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3337                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3338                                 pbits |= pg_nx;
3339 #endif
3340
3341                         if (pbits != obits) {
3342 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3343                                 if (!atomic_cmpset_64(pte, obits, pbits))
3344                                         goto retry;
3345 #else
3346                                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, obits,
3347                                     pbits))
3348                                         goto retry;
3349 #endif
3350                                 if (obits & PG_G)
3351                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3352                                 else
3353                                         anychanged = TRUE;
3354                         }
3355                 }
3356         }
3357         if (anychanged)
3358                 pmap_invalidate_all(pmap);
3359         if (pv_lists_locked) {
3360                 sched_unpin();
3361                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3362         }
3363         PMAP_UNLOCK(pmap);
3364 }
3365
3366 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3367 /*
3368  * Tries to promote the 512 or 1024, contiguous 4KB page mappings that are
3369  * within a single page table page (PTP) to a single 2- or 4MB page mapping.
3370  * For promotion to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page
3371  * mappings must map aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page
3372  * mappings must have identical characteristics.
3373  *
3374  * Managed (PG_MANAGED) mappings within the kernel address space are not
3375  * promoted.  The reason is that kernel PDEs are replicated in each pmap but
3376  * pmap_clear_ptes() and pmap_ts_referenced() only read the PDE from the kernel
3377  * pmap.
3378  */
3379 static void
3380 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3381 {
3382         pd_entry_t newpde;
3383         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3384         vm_offset_t oldpteva;
3385         vm_page_t mpte;
3386
3387         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3388
3389         /*
3390          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3391          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3392          * within a 2- or 4MB page.
3393          */
3394         firstpte = pmap_pte_quick(pmap, trunc_4mpage(va));
3395 setpde:
3396         newpde = *firstpte;
3397         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3398                 pmap_pde_p_failures++;
3399                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3400                     " in pmap %p", va, pmap);
3401                 return;
3402         }
3403         if ((*firstpte & PG_MANAGED) != 0 && pmap == kernel_pmap) {
3404                 pmap_pde_p_failures++;
3405                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3406                     " in pmap %p", va, pmap);
3407                 return;
3408         }
3409         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3410                 /*
3411                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3412                  * a TLB invalidation.
3413                  */
3414                 if (!atomic_cmpset_int((u_int *)firstpte, newpde, newpde &
3415                     ~PG_RW))  
3416                         goto setpde;
3417                 newpde &= ~PG_RW;
3418         }
3419
3420         /* 
3421          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3422          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3423          * characteristics to the first PTE.
3424          */
3425         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3426         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3427 setpte:
3428                 oldpte = *pte;
3429                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3430                         pmap_pde_p_failures++;
3431                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3432                             " in pmap %p", va, pmap);
3433                         return;
3434                 }
3435                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3436                         /*
3437                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3438                          * without a TLB invalidation.
3439                          */
3440                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
3441                             oldpte & ~PG_RW))
3442                                 goto setpte;
3443                         oldpte &= ~PG_RW;
3444                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3445                             (va & ~PDRMASK);
3446                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#x"
3447                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3448                 }
3449                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3450                         pmap_pde_p_failures++;
3451                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#x"
3452                             " in pmap %p", va, pmap);
3453                         return;
3454                 }
3455                 pa -= PAGE_SIZE;
3456         }
3457
3458         /*
3459          * Save the page table page in its current state until the PDE
3460          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3461          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3462          */
3463         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3464         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3465             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3466             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3467         KASSERT(mpte->pindex == va >> PDRSHIFT,
3468             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3469         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
3470                 pmap_pde_p_failures++;
3471                 CTR2(KTR_PMAP,
3472                     "pmap_promote_pde: failure for va %#x in pmap %p", va,
3473                     pmap);
3474                 return;
3475         }
3476
3477         /*
3478          * Promote the pv entries.
3479          */
3480         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3481                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME);
3482
3483         /*
3484          * Propagate the PAT index to its proper position.
3485          */
3486         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3487                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3488
3489         /*
3490          * Map the superpage.
3491          */
3492         if (workaround_erratum383)
3493                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3494         else if (pmap == kernel_pmap)
3495                 pmap_kenter_pde(va, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3496         else
3497                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
3498
3499         pmap_pde_promotions++;
3500         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#x"
3501             " in pmap %p", va, pmap);
3502 }
3503 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3504
3505 /*
3506  *      Insert the given physical page (p) at
3507  *      the specified virtual address (v) in the
3508  *      target physical map with the protection requested.
3509  *
3510  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3511  *      that the related pte can not be reclaimed.
3512  *
3513  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3514  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3515  *      insert this page into the given map NOW.
3516  */
3517 int
3518 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3519     u_int flags, int8_t psind)
3520 {
3521         pd_entry_t *pde;
3522         pt_entry_t *pte;
3523         pt_entry_t newpte, origpte;
3524         pv_entry_t pv;
3525         vm_paddr_t opa, pa;
3526         vm_page_t mpte, om;
3527         boolean_t invlva, wired;
3528
3529         va = trunc_page(va);
3530         mpte = NULL;
3531         wired = (flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0;
3532
3533         KASSERT((pmap == kernel_pmap && va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS) ||
3534             (pmap != kernel_pmap && va < VM_MAXUSER_ADDRESS),
3535             ("pmap_enter: toobig k%d %#x", pmap == kernel_pmap, va));
3536         KASSERT(va < PMAP_TRM_MIN_ADDRESS,
3537             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter into trampoline (va: 0x%x)",
3538             va));
3539         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3540                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
3541
3542         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3543         PMAP_LOCK(pmap);
3544         sched_pin();
3545
3546         pde = pmap_pde(pmap, va);
3547         if (pmap != kernel_pmap) {
3548                 /*
3549                  * va is for UVA.
3550                  * In the case that a page table page is not resident,
3551                  * we are creating it here.  pmap_allocpte() handles
3552                  * demotion.
3553                  */
3554                 mpte = pmap_allocpte(pmap, va, flags);
3555                 if (mpte == NULL) {
3556                         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0,
3557                             ("pmap_allocpte failed with sleep allowed"));
3558                         sched_unpin();
3559                         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3560                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3561                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3562                 }
3563         } else {
3564                 /*
3565                  * va is for KVA, so pmap_demote_pde() will never fail
3566                  * to install a page table page.  PG_V is also
3567                  * asserted by pmap_demote_pde().
3568                  */
3569                 KASSERT(pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0,
3570                     ("KVA %#x invalid pde pdir %#jx", va,
3571                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI]));
3572                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3573                         pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3574         }
3575         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
3576
3577         /*
3578          * Page Directory table entry is not valid, which should not
3579          * happen.  We should have either allocated the page table
3580          * page or demoted the existing mapping above.
3581          */
3582         if (pte == NULL) {
3583                 panic("pmap_enter: invalid page directory pdir=%#jx, va=%#x",
3584                     (uintmax_t)pmap->pm_pdir[PTDPTDI], va);
3585         }
3586
3587         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3588         om = NULL;
3589         origpte = *pte;
3590         opa = origpte & PG_FRAME;
3591
3592         /*
3593          * Mapping has not changed, must be protection or wiring change.
3594          */
3595         if (origpte && (opa == pa)) {
3596                 /*
3597                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3598                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3599                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3600                  * the PT page will be also.
3601                  */
3602                 if (wired && ((origpte & PG_W) == 0))
3603                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3604                 else if (!wired && (origpte & PG_W))
3605                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3606
3607                 /*
3608                  * Remove extra pte reference
3609                  */
3610                 if (mpte)
3611                         mpte->wire_count--;
3612
3613                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3614                         om = m;
3615                         pa |= PG_MANAGED;
3616                 }
3617                 goto validate;
3618         } 
3619
3620         pv = NULL;
3621
3622         /*
3623          * Mapping has changed, invalidate old range and fall through to
3624          * handle validating new mapping.
3625          */
3626         if (opa) {
3627                 if (origpte & PG_W)
3628                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3629                 if (origpte & PG_MANAGED) {
3630                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3631                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
3632                 }
3633                 if (mpte != NULL) {
3634                         mpte->wire_count--;
3635                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3636                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3637                              " va: 0x%x", va));
3638                 }
3639         } else
3640                 pmap->pm_stats.resident_count++;
3641
3642         /*
3643          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3644          */
3645         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3646                 KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
3647                     va >= kmi.clean_eva,
3648                     ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3649                 if (pv == NULL)
3650                         pv = get_pv_entry(pmap, FALSE);
3651                 pv->pv_va = va;
3652                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3653                 pa |= PG_MANAGED;
3654         } else if (pv != NULL)
3655                 free_pv_entry(pmap, pv);
3656
3657         /*
3658          * Increment counters
3659          */
3660         if (wired)
3661                 pmap->pm_stats.wired_count++;
3662
3663 validate:
3664         /*
3665          * Now validate mapping with desired protection/wiring.
3666          */
3667         newpte = (pt_entry_t)(pa | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0) | PG_V);
3668         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
3669                 newpte |= PG_RW;
3670                 if ((newpte & PG_MANAGED) != 0)
3671                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3672         }
3673 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3674         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3675                 newpte |= pg_nx;
3676 #endif
3677         if (wired)
3678                 newpte |= PG_W;
3679         if (pmap != kernel_pmap)
3680                 newpte |= PG_U;
3681
3682         /*
3683          * if the mapping or permission bits are different, we need
3684          * to update the pte.
3685          */
3686         if ((origpte & ~(PG_M|PG_A)) != newpte) {
3687                 newpte |= PG_A;
3688                 if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
3689                         newpte |= PG_M;
3690                 if (origpte & PG_V) {
3691                         invlva = FALSE;
3692                         origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3693                         if (origpte & PG_A) {
3694                                 if (origpte & PG_MANAGED)
3695                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3696                                 if (opa != VM_PAGE_TO_PHYS(m))
3697                                         invlva = TRUE;
3698 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3699                                 if ((origpte & PG_NX) == 0 &&
3700                                     (newpte & PG_NX) != 0)
3701                                         invlva = TRUE;
3702 #endif
3703                         }
3704                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3705                                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3706                                         vm_page_dirty(om);
3707                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3708                                         invlva = TRUE;
3709                         }
3710                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
3711                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3712                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3713                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3714                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3715                         if (invlva)
3716                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3717                 } else
3718                         pte_store(pte, newpte);
3719         }
3720
3721 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3722         /*
3723          * If both the page table page and the reservation are fully
3724          * populated, then attempt promotion.
3725          */
3726         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3727             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3728             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3729                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va);
3730 #endif
3731
3732         sched_unpin();
3733         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3734         PMAP_UNLOCK(pmap);
3735         return (KERN_SUCCESS);
3736 }
3737
3738 /*
3739  * Tries to create a 2- or 4MB page mapping.  Returns TRUE if successful and
3740  * FALSE otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3741  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3742  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3743  */
3744 static boolean_t
3745 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3746 {
3747         pd_entry_t *pde, newpde;
3748
3749         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3750         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3751         pde = pmap_pde(pmap, va);
3752         if (*pde != 0) {
3753                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3754                     " in pmap %p", va, pmap);
3755                 return (FALSE);
3756         }
3757         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3758             PG_PS | PG_V;
3759         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3760                 newpde |= PG_MANAGED;
3761
3762                 /*
3763                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3764                  */
3765                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m))) {
3766                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3767                             " in pmap %p", va, pmap);
3768                         return (FALSE);
3769                 }
3770         }
3771 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3772         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3773                 newpde |= pg_nx;
3774 #endif
3775         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3776                 newpde |= PG_U;
3777
3778         /*
3779          * Increment counters.
3780          */
3781         pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
3782
3783         /*
3784          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
3785          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
3786          */
3787         pde_store(pde, newpde);
3788
3789         pmap_pde_mappings++;
3790         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3791             " in pmap %p", va, pmap);
3792         return (TRUE);
3793 }
3794
3795 /*
3796  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3797  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3798  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3799  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3800  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3801  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3802  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3803  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3804  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3805  * corresponding offset from m_start are mapped.
3806  */
3807 void
3808 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3809     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3810 {
3811         vm_offset_t va;
3812         vm_page_t m, mpte;
3813         vm_pindex_t diff, psize;
3814
3815         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3816
3817         psize = atop(end - start);
3818         mpte = NULL;
3819         m = m_start;
3820         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3821         PMAP_LOCK(pmap);
3822         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3823                 va = start + ptoa(diff);
3824                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3825                     m->psind == 1 && pg_ps_enabled &&
3826                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot))
3827                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3828                 else
3829                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
3830                             mpte);
3831                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3832         }
3833         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3834         PMAP_UNLOCK(pmap);
3835 }
3836
3837 /*
3838  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3839  * 1. Current pmap & pmap exists.
3840  * 2. Not wired.
3841  * 3. Read access.
3842  * 4. No page table pages.
3843  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3844  */
3845
3846 void
3847 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3848 {
3849
3850         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3851         PMAP_LOCK(pmap);
3852         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL);
3853         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3854         PMAP_UNLOCK(pmap);
3855 }
3856
3857 static vm_page_t
3858 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3859     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte)
3860 {
3861         pt_entry_t *pte;
3862         vm_paddr_t pa;
3863         struct spglist free;
3864
3865         KASSERT(pmap != kernel_pmap || va < kmi.clean_sva ||
3866             va >= kmi.clean_eva || (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3867             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3868         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
3869         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3870
3871         /*
3872          * In the case that a page table page is not
3873          * resident, we are creating it here.
3874          */
3875         if (pmap != kernel_pmap) {
3876                 u_int ptepindex;
3877                 pd_entry_t ptepa;
3878
3879                 /*
3880                  * Calculate pagetable page index
3881                  */
3882                 ptepindex = va >> PDRSHIFT;
3883                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
3884                         mpte->wire_count++;
3885                 } else {
3886                         /*
3887                          * Get the page directory entry
3888                          */
3889                         ptepa = pmap->pm_pdir[ptepindex];
3890
3891                         /*
3892                          * If the page table page is mapped, we just increment
3893                          * the hold count, and activate it.
3894                          */
3895                         if (ptepa) {
3896                                 if (ptepa & PG_PS)
3897                                         return (NULL);
3898                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepa & PG_FRAME);
3899                                 mpte->wire_count++;
3900                         } else {
3901                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex,
3902                                     PMAP_ENTER_NOSLEEP);
3903                                 if (mpte == NULL)
3904                                         return (mpte);
3905                         }
3906                 }
3907         } else {
3908                 mpte = NULL;
3909         }
3910
3911         /* XXXKIB: pmap_pte_quick() instead ? */
3912         pte = pmap_pte(pmap, va);
3913         if (*pte) {
3914                 if (mpte != NULL) {
3915                         mpte->wire_count--;
3916                         mpte = NULL;
3917                 }
3918                 pmap_pte_release(pte);
3919                 return (mpte);
3920         }
3921
3922         /*
3923          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3924          */
3925         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3926             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m)) {
3927                 if (mpte != NULL) {
3928                         SLIST_INIT(&free);
3929                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, mpte, &free)) {
3930                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3931                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3932                         }
3933                         
3934                         mpte = NULL;
3935                 }
3936                 pmap_pte_release(pte);
3937                 return (mpte);
3938         }
3939
3940         /*
3941          * Increment counters
3942          */
3943         pmap->pm_stats.resident_count++;
3944
3945         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3946 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
3947         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3948                 pa |= pg_nx;
3949 #endif
3950
3951         /*
3952          * Now validate mapping with RO protection
3953          */
3954         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3955                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
3956         else
3957                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
3958         pmap_pte_release(pte);
3959         return (mpte);
3960 }
3961
3962 /*
3963  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
3964  * to be used for panic dumps.
3965  */
3966 void *
3967 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
3968 {
3969         vm_offset_t va;
3970
3971         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
3972         pmap_kenter(va, pa);
3973         invlpg(va);
3974         return ((void *)crashdumpmap);
3975 }
3976
3977 /*
3978  * This code maps large physical mmap regions into the
3979  * processor address space.  Note that some shortcuts
3980  * are taken, but the code works.
3981  */
3982 void
3983 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3984     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3985 {
3986         pd_entry_t *pde;
3987         vm_paddr_t pa, ptepa;
3988         vm_page_t p;
3989         int pat_mode;
3990
3991         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3992         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3993             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3994         if (pseflag && 
3995             (addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
3996                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
3997                         return;
3998                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
3999                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4000                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4001                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4002
4003                 /*
4004                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4005                  * aligned to a 2/4MB page boundary.
4006                  */
4007                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4008                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4009                         return;
4010
4011                 /*
4012                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4013                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4014                  * memory attributes.
4015                  */
4016                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4017                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4018                     pa += PAGE_SIZE) {
4019                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4020                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4021                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4022                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4023                                 return;
4024                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4025                 }
4026
4027                 /*
4028                  * Map using 2/4MB pages.  Since "ptepa" is 2/4M aligned and
4029                  * "size" is a multiple of 2/4M, adding the PAT setting to
4030                  * "pa" will not affect the termination of this loop.
4031                  */
4032                 PMAP_LOCK(pmap);
4033                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
4034                     size; pa += NBPDR) {
4035                         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4036                         if (*pde == 0) {
4037                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4038                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4039                                 pmap->pm_stats.resident_count += NBPDR /
4040                                     PAGE_SIZE;
4041                                 pmap_pde_mappings++;
4042                         }
4043                         /* Else continue on if the PDE is already valid. */
4044                         addr += NBPDR;
4045                 }
4046                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4047         }
4048 }
4049
4050 /*
4051  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
4052  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
4053  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
4054  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
4055  *
4056  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
4057  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
4058  */
4059 void
4060 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4061 {
4062         vm_offset_t pdnxt;
4063         pd_entry_t *pde;
4064         pt_entry_t *pte;
4065         boolean_t pv_lists_locked;
4066
4067         if (pmap_is_current(pmap))
4068                 pv_lists_locked = FALSE;
4069         else {
4070                 pv_lists_locked = TRUE;
4071 resume:
4072                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4073                 sched_pin();
4074         }
4075         PMAP_LOCK(pmap);
4076         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4077                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4078                 if (pdnxt < sva)
4079                         pdnxt = eva;
4080                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4081                 if ((*pde & PG_V) == 0)
4082                         continue;
4083                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4084                         if ((*pde & PG_W) == 0)
4085                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
4086                                     (uintmax_t)*pde);
4087
4088                         /*
4089                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
4090                          * demote the mapping and fall through.
4091                          */
4092                         if (sva + NBPDR == pdnxt && eva >= pdnxt) {
4093                                 /*
4094                                  * Regardless of whether a pde (or pte) is 32
4095                                  * or 64 bits in size, PG_W is among the least
4096                                  * significant 32 bits.
4097                                  */
4098                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_W);
4099                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
4100                                     PAGE_SIZE;
4101                                 continue;
4102                         } else {
4103                                 if (!pv_lists_locked) {
4104                                         pv_lists_locked = TRUE;
4105                                         if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4106                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4107                                                 /* Repeat sva. */
4108                                                 goto resume;
4109                                         }
4110                                         sched_pin();
4111                                 }
4112                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
4113                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
4114                         }
4115                 }
4116                 if (pdnxt > eva)
4117                         pdnxt = eva;
4118                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4119                     sva += PAGE_SIZE) {
4120                         if ((*pte & PG_V) == 0)
4121                                 continue;
4122                         if ((*pte & PG_W) == 0)
4123                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
4124                                     (uintmax_t)*pte);
4125
4126                         /*
4127                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
4128                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
4129                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
4130                          *
4131                          * PG_W is among the least significant 32 bits.
4132                          */
4133                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_W);
4134                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4135                 }
4136         }
4137         if (pv_lists_locked) {
4138                 sched_unpin();
4139                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4140         }
4141         PMAP_UNLOCK(pmap);
4142 }
4143
4144
4145 /*
4146  *      Copy the range specified by src_addr/len
4147  *      from the source map to the range dst_addr/len
4148  *      in the destination map.
4149  *
4150  *      This routine is only advisory and need not do anything.  Since
4151  *      current pmap is always the kernel pmap when executing in
4152  *      kernel, and we do not copy from the kernel pmap to a user
4153  *      pmap, this optimization is not usable in 4/4G full split i386
4154  *      world.
4155  */
4156
4157 void
4158 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4159     vm_offset_t src_addr)
4160 {
4161 }
4162
4163 /*
4164  * Zero 1 page of virtual memory mapped from a hardware page by the caller.
4165  */
4166 static __inline void
4167 pagezero(void *page)
4168 {
4169 #if defined(I686_CPU)
4170         if (cpu_class == CPUCLASS_686) {
4171                 if (cpu_feature & CPUID_SSE2)
4172                         sse2_pagezero(page);
4173                 else
4174                         i686_pagezero(page);
4175         } else
4176 #endif
4177                 bzero(page, PAGE_SIZE);
4178 }
4179
4180 /*
4181  * Zero the specified hardware page.
4182  */
4183 void
4184 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4185 {
4186         pt_entry_t *cmap_pte2;
4187         struct pcpu *pc;
4188
4189         sched_pin();
4190         pc = get_pcpu();
4191         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4192         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4193         if (*cmap_pte2)
4194                 panic("pmap_zero_page: CMAP2 busy");
4195         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4196             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4197         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4198         pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4199         *cmap_pte2 = 0;
4200
4201         /*
4202          * Unpin the thread before releasing the lock.  Otherwise the thread
4203          * could be rescheduled while still bound to the current CPU, only
4204          * to unpin itself immediately upon resuming execution.
4205          */
4206         sched_unpin();
4207         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4208 }
4209
4210 /*
4211  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
4212  * cover an area beyond a single hardware page.
4213  */
4214 void
4215 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4216 {
4217         pt_entry_t *cmap_pte2;
4218         struct pcpu *pc;
4219
4220         sched_pin();
4221         pc = get_pcpu();
4222         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4223         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4224         if (*cmap_pte2)
4225                 panic("pmap_zero_page_area: CMAP2 busy");
4226         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
4227             pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4228         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4229         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE) 
4230                 pagezero(pc->pc_cmap_addr2);
4231         else
4232                 bzero(pc->pc_cmap_addr2 + off, size);
4233         *cmap_pte2 = 0;
4234         sched_unpin();
4235         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4236 }
4237
4238 /*
4239  * Copy 1 specified hardware page to another.
4240  */
4241 void
4242 pmap_copy_page(vm_page_t src, vm_page_t dst)
4243 {
4244         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4245         struct pcpu *pc;
4246
4247         sched_pin();
4248         pc = get_pcpu();
4249         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4250         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4251         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4252         if (*cmap_pte1)
4253                 panic("pmap_copy_page: CMAP1 busy");
4254         if (*cmap_pte2)
4255                 panic("pmap_copy_page: CMAP2 busy");
4256         *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(src) | PG_A |
4257             pmap_cache_bits(src->md.pat_mode, 0);
4258         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4259         *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(dst) | PG_A | PG_M |
4260             pmap_cache_bits(dst->md.pat_mode, 0);
4261         invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4262         bcopy(pc->pc_cmap_addr1, pc->pc_cmap_addr2, PAGE_SIZE);
4263         *cmap_pte1 = 0;
4264         *cmap_pte2 = 0;
4265         sched_unpin();
4266         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4267 }
4268
4269 int unmapped_buf_allowed = 1;
4270
4271 void
4272 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4273     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4274 {
4275         vm_page_t a_pg, b_pg;
4276         char *a_cp, *b_cp;
4277         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4278         pt_entry_t *cmap_pte1, *cmap_pte2;
4279         struct pcpu *pc;
4280         int cnt;
4281
4282         sched_pin();
4283         pc = get_pcpu();
4284         cmap_pte1 = pc->pc_cmap_pte1; 
4285         cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2;
4286         mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
4287         if (*cmap_pte1 != 0)
4288                 panic("pmap_copy_pages: CMAP1 busy");
4289         if (*cmap_pte2 != 0)
4290                 panic("pmap_copy_pages: CMAP2 busy");
4291         while (xfersize > 0) {
4292                 a_pg = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
4293                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4294                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4295                 b_pg = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
4296                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4297                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4298                 *cmap_pte1 = PG_V | VM_PAGE_TO_PHYS(a_pg) | PG_A |
4299                     pmap_cache_bits(a_pg->md.pat_mode, 0);
4300                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr1);
4301                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(b_pg) | PG_A |
4302                     PG_M | pmap_cache_bits(b_pg->md.pat_mode, 0);
4303                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
4304                 a_cp = pc->pc_cmap_addr1 + a_pg_offset;
4305                 b_cp = pc->pc_cmap_addr2 + b_pg_offset;
4306                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4307                 a_offset += cnt;
4308                 b_offset += cnt;
4309                 xfersize -= cnt;
4310         }
4311         *cmap_pte1 = 0;
4312         *cmap_pte2 = 0;
4313         sched_unpin();
4314         mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
4315 }
4316
4317 /*
4318  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4319  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4320  * be changed upwards or downwards in the future; it
4321  * is only necessary that true be returned for a small
4322  * subset of pmaps for proper page aging.
4323  */
4324 boolean_t
4325 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4326 {
4327         struct md_page *pvh;
4328         pv_entry_t pv;
4329         int loops = 0;
4330         boolean_t rv;
4331
4332         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4333             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4334         rv = FALSE;
4335         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4336         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4337                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4338                         rv = TRUE;
4339                         break;
4340                 }
4341                 loops++;
4342                 if (loops >= 16)
4343                         break;
4344         }
4345         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4346                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4347                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4348                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4349                                 rv = TRUE;
4350                                 break;
4351                         }
4352                         loops++;
4353                         if (loops >= 16)
4354                                 break;
4355                 }
4356         }
4357         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4358         return (rv);
4359 }
4360
4361 /*
4362  *      pmap_page_wired_mappings:
4363  *
4364  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4365  *      that are wired.
4366  */
4367 int
4368 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4369 {
4370         int count;
4371
4372         count = 0;
4373         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4374                 return (count);
4375         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4376         count = pmap_pvh_wired_mappings(&m->md, count);
4377         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4378             count = pmap_pvh_wired_mappings(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m)),
4379                 count);
4380         }
4381         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4382         return (count);
4383 }
4384
4385 /*
4386  *      pmap_pvh_wired_mappings:
4387  *
4388  *      Return the updated number "count" of managed mappings that are wired.
4389  */
4390 static int
4391 pmap_pvh_wired_mappings(struct md_page *pvh, int count)
4392 {
4393         pmap_t pmap;
4394         pt_entry_t *pte;
4395         pv_entry_t pv;
4396
4397         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4398         sched_pin();
4399         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4400                 pmap = PV_PMAP(pv);
4401                 PMAP_LOCK(pmap);
4402                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4403                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4404                         count++;
4405                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4406         }
4407         sched_unpin();
4408         return (count);
4409 }
4410
4411 /*
4412  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4413  * a 4mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4414  */
4415 boolean_t
4416 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4417 {
4418         boolean_t rv;
4419
4420         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4421                 return (FALSE);
4422         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4423         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4424             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4425             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4426         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4427         return (rv);
4428 }
4429
4430 /*
4431  * Remove all pages from specified address space
4432  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4433  * is special cased for current process only, but
4434  * can have the more generic (and slightly slower)
4435  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4436  * in the case of running down an entire address space.
4437  */
4438 void
4439 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4440 {
4441         pt_entry_t *pte, tpte;
4442         vm_page_t m, mpte, mt;
4443         pv_entry_t pv;
4444         struct md_page *pvh;
4445         struct pv_chunk *pc, *npc;
4446         struct spglist free;
4447         int field, idx;
4448         int32_t bit;
4449         uint32_t inuse, bitmask;
4450         int allfree;
4451
4452         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4453                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4454                 return;
4455         }
4456         SLIST_INIT(&free);
4457         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4458         PMAP_LOCK(pmap);
4459         sched_pin();
4460         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4461                 KASSERT(pc->pc_pmap == pmap, ("Wrong pmap %p %p", pmap,
4462                     pc->pc_pmap));
4463                 allfree = 1;
4464                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4465                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4466                         while (inuse != 0) {
4467                                 bit = bsfl(inuse);
4468                                 bitmask = 1UL << bit;
4469                                 idx = field * 32 + bit;
4470                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4471                                 inuse &= ~bitmask;
4472
4473                                 pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4474                                 tpte = *pte;
4475                                 if ((tpte & PG_PS) == 0) {
4476                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4477                                         tpte = *pte & ~PG_PTE_PAT;
4478                                 }
4479
4480                                 if (tpte == 0) {
4481                                         printf(
4482                                             "TPTE at %p  IS ZERO @ VA %08x\n",
4483                                             pte, pv->pv_va);
4484                                         panic("bad pte");
4485                                 }
4486
4487 /*
4488  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4489  */
4490                                 if (tpte & PG_W) {
4491                                         allfree = 0;
4492                                         continue;
4493                                 }
4494
4495                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4496                                 KASSERT(m->phys_addr == (tpte & PG_FRAME),
4497                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4498                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4499                                     (uintmax_t)tpte));
4500
4501                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4502                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4503                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4504                                     (uintmax_t)tpte));
4505
4506                                 pte_clear(pte);
4507
4508                                 /*
4509                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4510                                  */
4511                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4512                                         if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4513                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4514                                                         vm_page_dirty(mt);
4515                                         } else
4516                                                 vm_page_dirty(m);
4517                                 }
4518
4519                                 /* Mark free */
4520                                 PV_STAT(pv_entry_frees++);
4521                                 PV_STAT(pv_entry_spare++);
4522                                 pv_entry_count--;
4523                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4524                                 if ((tpte & PG_PS) != 0) {
4525                                         pmap->pm_stats.resident_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4526                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4527                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4528                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4529                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4530                                                         if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4531                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4532                                         }
4533                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4534                                         if (mpte != NULL) {
4535                                                 pmap->pm_stats.resident_count--;
4536                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4537                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4538                                                 mpte->wire_count = 0;
4539                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4540                                         }
4541                                 } else {
4542                                         pmap->pm_stats.resident_count--;
4543                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4544                                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4545                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4546                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4547                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4548                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4549                                         }
4550                                         pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, &free);
4551                                 }
4552                         }
4553                 }
4554                 if (allfree) {
4555                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4556                         free_pv_chunk(pc);
4557                 }
4558         }
4559         sched_unpin();
4560         pmap_invalidate_all(pmap);
4561         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4562         PMAP_UNLOCK(pmap);
4563         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4564 }
4565
4566 /*
4567  *      pmap_is_modified:
4568  *
4569  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4570  *      in any physical maps.
4571  */
4572 boolean_t
4573 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4574 {
4575         boolean_t rv;
4576
4577         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4578             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4579
4580         /*
4581          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4582          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4583          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4584          */
4585         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4586         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4587                 return (FALSE);
4588         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4589         rv = pmap_is_modified_pvh(&m->md) ||
4590             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4591             pmap_is_modified_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4592         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4593         return (rv);
4594 }
4595
4596 /*
4597  * Returns TRUE if any of the given mappings were used to modify
4598  * physical memory.  Otherwise, returns FALSE.  Both page and 2mpage
4599  * mappings are supported.
4600  */
4601 static boolean_t
4602 pmap_is_modified_pvh(struct md_page *pvh)
4603 {
4604         pv_entry_t pv;
4605         pt_entry_t *pte;
4606         pmap_t pmap;
4607         boolean_t rv;
4608
4609         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4610         rv = FALSE;
4611         sched_pin();
4612         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4613                 pmap = PV_PMAP(pv);
4614                 PMAP_LOCK(pmap);
4615                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4616                 rv = (*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW);
4617                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4618                 if (rv)
4619                         break;
4620         }
4621         sched_unpin();
4622         return (rv);
4623 }
4624
4625 /*
4626  *      pmap_is_prefaultable:
4627  *
4628  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4629  *      for prefault.
4630  */
4631 boolean_t
4632 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4633 {
4634         pd_entry_t *pde;
4635         pt_entry_t *pte;
4636         boolean_t rv;
4637
4638         rv = FALSE;
4639         PMAP_LOCK(pmap);
4640         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4641         if (*pde != 0 && (*pde & PG_PS) == 0) {
4642                 pte = pmap_pte(pmap, addr);
4643                 if (pte != NULL)
4644                         rv = *pte == 0;
4645                 pmap_pte_release(pte);
4646         }
4647         PMAP_UNLOCK(pmap);
4648         return (rv);
4649 }
4650
4651 /*
4652  *      pmap_is_referenced:
4653  *
4654  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4655  *      in any physical maps.
4656  */
4657 boolean_t
4658 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4659 {
4660         boolean_t rv;
4661
4662         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4663             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4664         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4665         rv = pmap_is_referenced_pvh(&m->md) ||
4666             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4667             pmap_is_referenced_pvh(pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))));
4668         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4669         return (rv);
4670 }
4671
4672 /*
4673  * Returns TRUE if any of the given mappings were referenced and FALSE
4674  * otherwise.  Both page and 4mpage mappings are supported.
4675  */
4676 static boolean_t
4677 pmap_is_referenced_pvh(struct md_page *pvh)
4678 {
4679         pv_entry_t pv;
4680         pt_entry_t *pte;
4681         pmap_t pmap;
4682         boolean_t rv;
4683
4684         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_WLOCKED);
4685         rv = FALSE;
4686         sched_pin();
4687         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4688                 pmap = PV_PMAP(pv);
4689                 PMAP_LOCK(pmap);
4690                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4691                 rv = (*pte & (PG_A | PG_V)) == (PG_A | PG_V);
4692                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4693                 if (rv)
4694                         break;
4695         }
4696         sched_unpin();
4697         return (rv);
4698 }
4699
4700 /*
4701  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4702  */
4703 void
4704 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4705 {
4706         struct md_page *pvh;
4707         pv_entry_t next_pv, pv;
4708         pmap_t pmap;
4709         pd_entry_t *pde;
4710         pt_entry_t oldpte, *pte;
4711         vm_offset_t va;
4712
4713         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4714             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4715
4716         /*
4717          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4718          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4719          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4720          */
4721         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4722         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4723                 return;
4724         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4725         sched_pin();
4726         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4727                 goto small_mappings;
4728         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4729         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4730                 va = pv->pv_va;
4731                 pmap = PV_PMAP(pv);
4732                 PMAP_LOCK(pmap);
4733                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4734                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
4735                         (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
4736                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4737         }
4738 small_mappings:
4739         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4740                 pmap = PV_PMAP(pv);
4741                 PMAP_LOCK(pmap);
4742                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4743                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_write: found"
4744                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
4745                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4746 retry:
4747                 oldpte = *pte;
4748                 if ((oldpte & PG_RW) != 0) {
4749                         /*
4750                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
4751                          * in size, PG_RW and PG_M are among the least
4752                          * significant 32 bits.
4753                          */
4754                         if (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte, oldpte,
4755                             oldpte & ~(PG_RW | PG_M)))
4756                                 goto retry;
4757                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
4758                                 vm_page_dirty(m);
4759                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4760                 }
4761                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4762         }
4763         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4764         sched_unpin();
4765         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4766 }
4767
4768 /*
4769  *      pmap_ts_referenced:
4770  *
4771  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
4772  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
4773  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
4774  *      reference bits set.
4775  *
4776  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
4777  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
4778  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
4779  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
4780  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
4781  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
4782  *      to pmap_is_modified().
4783  */
4784 int
4785 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
4786 {
4787         struct md_page *pvh;
4788         pv_entry_t pv, pvf;
4789         pmap_t pmap;
4790         pd_entry_t *pde;
4791         pt_entry_t *pte;
4792         vm_paddr_t pa;
4793         int rtval = 0;
4794
4795         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4796             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
4797         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4798         pvh = pa_to_pvh(pa);
4799         rw_wlock(&pvh_global_lock);
4800         sched_pin();
4801         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4802             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4803                 goto small_mappings;
4804         pv = pvf;
4805         do {
4806                 pmap = PV_PMAP(pv);
4807                 PMAP_LOCK(pmap);
4808                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4809                 if ((*pde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4810                         /*
4811                          * Although "*pde" is mapping a 2/4MB page, because
4812                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4813                          * we only update the 4KB page under test.
4814                          */
4815                         vm_page_dirty(m);
4816                 }
4817                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
4818                         /*
4819                          * Since this reference bit is shared by either 1024
4820                          * or 512 4KB pages, it should not be cleared every
4821                          * time it is tested.  Apply a simple "hash" function
4822                          * on the physical page number, the virtual superpage
4823                          * number, and the pmap address to select one 4KB page
4824                          * out of the 1024 or 512 on which testing the
4825                          * reference bit will result in clearing that bit.
4826                          * This function is designed to avoid the selection of
4827                          * the same 4KB page for every 2- or 4MB page mapping.
4828                          *
4829                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4830                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4831                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4832                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4833                          * since the superpage is wired, the current state of
4834                          * its reference bit won't affect page replacement.
4835                          */
4836                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
4837                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
4838                             (*pde & PG_W) == 0) {
4839                                 atomic_clear_int((u_int *)pde, PG_A);
4840                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4841                         }
4842                         rtval++;
4843                 }
4844                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4845                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4846                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4847                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4848                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4849                 }
4850                 if (rtval >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4851                         goto out;
4852         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4853 small_mappings:
4854         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4855                 goto out;
4856         pv = pvf;
4857         do {
4858                 pmap = PV_PMAP(pv);
4859                 PMAP_LOCK(pmap);
4860                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4861                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
4862                     ("pmap_ts_referenced: found a 4mpage in page %p's pv list",
4863                     m));
4864                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
4865                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4866                         vm_page_dirty(m);
4867                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
4868                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4869                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4870                         rtval++;
4871                 }
4872                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4873                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4874                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4875                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4876                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4877                 }
4878         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && rtval <
4879             PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4880 out:
4881         sched_unpin();
4882         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4883         return (rtval);
4884 }
4885
4886 /*
4887  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4888  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4889  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4890  */
4891 void
4892 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4893 {
4894         pd_entry_t oldpde, *pde;
4895         pt_entry_t *pte;
4896         vm_offset_t va, pdnxt;
4897         vm_page_t m;
4898         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
4899
4900         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
4901                 return;
4902         if (pmap_is_current(pmap))
4903                 pv_lists_locked = FALSE;
4904         else {
4905                 pv_lists_locked = TRUE;
4906 resume:
4907                 rw_wlock(&pvh_global_lock);
4908                 sched_pin();
4909         }
4910         anychanged = FALSE;
4911         PMAP_LOCK(pmap);
4912         for (; sva < eva; sva = pdnxt) {
4913                 pdnxt = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4914                 if (pdnxt < sva)
4915                         pdnxt = eva;
4916                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4917                 oldpde = *pde;
4918                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
4919                         continue;
4920                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4921                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
4922                                 continue;
4923                         if (!pv_lists_locked) {
4924                                 pv_lists_locked = TRUE;
4925                                 if (!rw_try_wlock(&pvh_global_lock)) {
4926                                         if (anychanged)
4927                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
4928                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4929                                         goto resume;
4930                                 }
4931                                 sched_pin();
4932                         }
4933                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4934                                 /*
4935                                  * The large page mapping was destroyed.
4936                                  */
4937                                 continue;
4938                         }
4939
4940                         /*
4941                          * Unless the page mappings are wired, remove the
4942                          * mapping to a single page so that a subsequent
4943                          * access may repromote.  Since the underlying page
4944                          * table page is fully populated, this removal never
4945                          * frees a page table page.
4946                          */
4947                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
4948                                 pte = pmap_pte_quick(pmap, sva);
4949                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
4950                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
4951                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, NULL);
4952                                 anychanged = TRUE;
4953                         }
4954                 }
4955                 if (pdnxt > eva)
4956                         pdnxt = eva;
4957                 va = pdnxt;
4958                 for (pte = pmap_pte_quick(pmap, sva); sva != pdnxt; pte++,
4959                     sva += PAGE_SIZE) {
4960                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
4961                                 goto maybe_invlrng;
4962                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4963                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
4964                                         /*
4965                                          * Future calls to pmap_is_modified()
4966                                          * can be avoided by making the page
4967                                          * dirty now.
4968                                          */
4969                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4970                                         vm_page_dirty(m);
4971                                 }
4972                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M | PG_A);
4973                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
4974                                 atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_A);
4975                         else
4976                                 goto maybe_invlrng;
4977                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
4978                                 if (va == pdnxt)
4979                                         va = sva;
4980                         } else
4981                                 anychanged = TRUE;
4982                         continue;
4983 maybe_invlrng:
4984                         if (va != pdnxt) {
4985                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4986                                 va = pdnxt;
4987                         }
4988                 }
4989                 if (va != pdnxt)
4990                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4991         }
4992         if (anychanged)
4993                 pmap_invalidate_all(pmap);
4994         if (pv_lists_locked) {
4995                 sched_unpin();
4996                 rw_wunlock(&pvh_global_lock);
4997         }
4998         PMAP_UNLOCK(pmap);
4999 }
5000
5001 /*
5002  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5003  */
5004 void
5005 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5006 {
5007         struct md_page *pvh;
5008         pv_entry_t next_pv, pv;
5009         pmap_t pmap;
5010         pd_entry_t oldpde, *pde;
5011         pt_entry_t oldpte, *pte;
5012         vm_offset_t va;
5013
5014         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5015             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5016         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5017         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5018             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5019
5020         /*
5021          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5022          * If the object containing the page is locked and the page is not
5023          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5024          */
5025         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5026                 return;
5027         rw_wlock(&pvh_global_lock);
5028         sched_pin();
5029         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5030                 goto small_mappings;
5031         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5032         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5033                 va = pv->pv_va;
5034                 pmap = PV_PMAP(pv);
5035                 PMAP_LOCK(pmap);
5036                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5037                 oldpde = *pde;
5038                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5039                         if (pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
5040                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5041                                         /*
5042                                          * Write protect the mapping to a
5043                                          * single page so that a subsequent
5044                                          * write access may repromote.
5045                                          */
5046                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5047                                             PG_PS_FRAME);
5048                                         pte = pmap_pte_quick(pmap, va);
5049                                         oldpte = *pte;
5050                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
5051                                                 /*
5052                                                  * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5053                                                  * in size, PG_RW and PG_M are among the least
5054                                                  * significant 32 bits.
5055                                                  */
5056                                                 while (!atomic_cmpset_int((u_int *)pte,
5057                                                     oldpte,
5058                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
5059                                                         oldpte = *pte;
5060                                                 vm_page_dirty(m);
5061                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5062                                         }
5063                                 }
5064                         }
5065                 }
5066                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5067         }
5068 small_mappings:
5069         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5070                 pmap = PV_PMAP(pv);
5071                 PMAP_LOCK(pmap);
5072                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5073                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5074                     " a 4mpage in page %p's pv list", m));
5075                 pte = pmap_pte_quick(pmap, pv->pv_va);
5076                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5077                         /*
5078                          * Regardless of whether a pte is 32 or 64 bits
5079                          * in size, PG_M is among the least significant
5080                          * 32 bits. 
5081                          */
5082                         atomic_clear_int((u_int *)pte, PG_M);
5083                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5084                 }
5085                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5086         }
5087         sched_unpin();
5088         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
5089 }
5090
5091 /*
5092  * Miscellaneous support routines follow
5093  */
5094
5095 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5096 static __inline void
5097 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5098 {
5099         u_int opte, npte;
5100
5101         /*
5102          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5103          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5104          */
5105         do {
5106                 opte = *(u_int *)pte;
5107                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5108                 npte |= cache_bits;
5109         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5110 }
5111
5112 /* Adjust the cache mode for a 2/4MB page mapped via a PDE. */
5113 static __inline void
5114 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5115 {
5116         u_int opde, npde;
5117
5118         /*
5119          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5120          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5121          */
5122         do {
5123                 opde = *(u_int *)pde;
5124                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5125                 npde |= cache_bits;
5126         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5127 }
5128
5129 /*
5130  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5131  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5132  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5133  * NOT real memory.
5134  */
5135 void *
5136 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5137 {
5138         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5139         vm_offset_t va, offset;
5140         vm_size_t tmpsize;
5141         int i;
5142
5143         offset = pa & PAGE_MASK;
5144         size = round_page(offset + size);
5145         pa = pa & PG_FRAME;
5146
5147         if (pa < PMAP_MAP_LOW && pa + size <= PMAP_MAP_LOW)
5148                 va = pa + PMAP_MAP_LOW;
5149         else if (!pmap_initialized) {
5150                 va = 0;
5151                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5152                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5153                         if (ppim->va == 0) {
5154                                 ppim->pa = pa;
5155                                 ppim->sz = size;
5156                                 ppim->mode = mode;
5157                                 ppim->va = virtual_avail;
5158                                 virtual_avail += size;
5159                                 va = ppim->va;
5160                                 break;
5161                         }
5162                 }
5163                 if (va == 0)
5164                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
5165         } else {
5166                 /*
5167                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
5168                  */
5169                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5170                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5171                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
5172                             ppim->mode == mode)
5173                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
5174                 }
5175                 va = kva_alloc(size);
5176                 if (va == 0)
5177                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
5178         }
5179         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5180                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5181         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5182         pmap_invalidate_cache_range(va, va + size, FALSE);
5183         return ((void *)(va + offset));
5184 }
5185
5186 void *
5187 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5188 {
5189
5190         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5191 }
5192
5193 void *
5194 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5195 {
5196
5197         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5198 }
5199
5200 void
5201 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5202 {
5203         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
5204         vm_offset_t offset;
5205         int i;
5206
5207         if (va >= PMAP_MAP_LOW && va <= KERNBASE && va + size <= KERNBASE)
5208                 return;
5209         offset = va & PAGE_MASK;
5210         size = round_page(offset + size);
5211         va = trunc_page(va);
5212         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
5213                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
5214                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
5215                         if (pmap_initialized)
5216                                 return;
5217                         ppim->pa = 0;
5218                         ppim->va = 0;
5219                         ppim->sz = 0;
5220                         ppim->mode = 0;
5221                         if (va + size == virtual_avail)
5222                                 virtual_avail = va;
5223                         return;
5224                 }
5225         }
5226         if (pmap_initialized)
5227                 kva_free(va, size);
5228 }
5229
5230 /*
5231  * Sets the memory attribute for the specified page.
5232  */
5233 void
5234 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5235 {
5236
5237         m->md.pat_mode = ma;
5238         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5239                 return;
5240
5241         /*
5242          * If "m" is a normal page, flush it from the cache.
5243          * See pmap_invalidate_cache_range().
5244          *
5245          * First, try to find an existing mapping of the page by sf
5246          * buffer. sf_buf_invalidate_cache() modifies mapping and
5247          * flushes the cache.
5248          */    
5249         if (sf_buf_invalidate_cache(m))
5250                 return;
5251
5252         /*
5253          * If page is not mapped by sf buffer, but CPU does not
5254          * support self snoop, map the page transient and do
5255          * invalidation. In the worst case, whole cache is flushed by
5256          * pmap_invalidate_cache_range().
5257          */
5258         if ((cpu_feature & CPUID_SS) == 0)
5259                 pmap_flush_page(m);
5260 }
5261
5262 static void
5263 pmap_flush_page(vm_page_t m)
5264 {
5265         pt_entry_t *cmap_pte2;
5266         struct pcpu *pc;
5267         vm_offset_t sva, eva;
5268         bool useclflushopt;
5269
5270         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
5271         if (useclflushopt || (cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0) {
5272                 sched_pin();
5273                 pc = get_pcpu();
5274                 cmap_pte2 = pc->pc_cmap_pte2; 
5275                 mtx_lock(&pc->pc_cmap_lock);
5276                 if (*cmap_pte2)
5277                         panic("pmap_flush_page: CMAP2 busy");
5278                 *cmap_pte2 = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5279                     PG_A | PG_M | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
5280                 invlcaddr(pc->pc_cmap_addr2);
5281                 sva = (vm_offset_t)pc->pc_cmap_addr2;
5282                 eva = sva + PAGE_SIZE;
5283
5284                 /*
5285                  * Use mfence or sfence despite the ordering implied by
5286                  * mtx_{un,}lock() because clflush on non-Intel CPUs
5287                  * and clflushopt are not guaranteed to be ordered by
5288                  * any other instruction.
5289                  */
5290                 if (useclflushopt)
5291                         sfence();
5292                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5293                         mfence();
5294                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size) {
5295                         if (useclflushopt)
5296                                 clflushopt(sva);
5297                         else
5298                                 clflush(sva);
5299                 }
5300                 if (useclflushopt)
5301                         sfence();
5302                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
5303                         mfence();
5304                 *cmap_pte2 = 0;
5305                 sched_unpin();
5306                 mtx_unlock(&pc->pc_cmap_lock);
5307         } else
5308                 pmap_invalidate_cache();
5309 }
5310
5311 /*
5312  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5313  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5314  * completely contained within either the kernel map.
5315  *
5316  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5317  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5318  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5319  * there was insufficient memory available to complete the change.
5320  */
5321 int
5322 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5323 {
5324         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5325         pd_entry_t *pde;
5326         pt_entry_t *pte;
5327         int cache_bits_pte, cache_bits_pde;
5328         boolean_t changed;
5329
5330         base = trunc_page(va);
5331         offset = va & PAGE_MASK;
5332         size = round_page(offset + size);
5333
5334         /*
5335          * Only supported on kernel virtual addresses above the recursive map.
5336          */
5337         if (base < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
5338                 return (EINVAL);
5339
5340         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5341         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5342         changed = FALSE;
5343
5344         /*
5345          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down
5346          * 2/4MB pages into 4KB pages if required.
5347          */
5348         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5349         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5350                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5351                 if (*pde == 0) {
5352                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5353                         return (EINVAL);
5354                 }
5355                 if (*pde & PG_PS) {
5356                         /*
5357                          * If the current 2/4MB page already has
5358                          * the required memory type, then we need not
5359                          * demote this page.  Just increment tmpva to
5360                          * the next 2/4MB page frame.
5361                          */
5362                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5363                                 tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5364                                 continue;
5365                         }
5366
5367                         /*
5368                          * If the current offset aligns with a 2/4MB
5369                          * page frame and there is at least 2/4MB left
5370                          * within the range, then we need not break
5371                          * down this page into 4KB pages.
5372                          */
5373                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5374                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5375                                 tmpva += NBPDR;
5376                                 continue;
5377                         }
5378                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva)) {
5379                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5380                                 return (ENOMEM);
5381                         }
5382                 }
5383                 pte = vtopte(tmpva);
5384                 if (*pte == 0) {
5385                         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5386                         return (EINVAL);
5387                 }
5388                 tmpva += PAGE_SIZE;
5389         }
5390         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5391
5392         /*
5393          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5394          * cache mode if required.
5395          */
5396         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5397                 pde = pmap_pde(kernel_pmap, tmpva);
5398                 if (*pde & PG_PS) {
5399                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5400                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5401                                 changed = TRUE;
5402                         }
5403                         tmpva = trunc_4mpage(tmpva) + NBPDR;
5404                 } else {
5405                         pte = vtopte(tmpva);
5406                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5407                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5408                                 changed = TRUE;
5409                         }
5410                         tmpva += PAGE_SIZE;
5411                 }
5412         }
5413
5414         /*
5415          * Flush CPU caches to make sure any data isn't cached that
5416          * shouldn't be, etc.
5417          */
5418         if (changed) {
5419                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5420                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
5421         }
5422         return (0);
5423 }
5424
5425 /*
5426  * perform the pmap work for mincore
5427  */
5428 int
5429 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5430 {
5431         pd_entry_t *pdep;
5432         pt_entry_t *ptep, pte;
5433         vm_paddr_t pa;
5434         int val;
5435
5436         PMAP_LOCK(pmap);
5437 retry:
5438         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5439         if (*pdep != 0) {
5440                 if (*pdep & PG_PS) {
5441                         pte = *pdep;
5442                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5443                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5444                             PG_FRAME;
5445                         val = MINCORE_SUPER;
5446                 } else {
5447                         ptep = pmap_pte(pmap, addr);
5448                         pte = *ptep;
5449                         pmap_pte_release(ptep);
5450                         pa = pte & PG_FRAME;
5451                         val = 0;
5452                 }
5453         } else {
5454                 pte = 0;
5455                 pa = 0;
5456                 val = 0;
5457         }
5458         if ((pte & PG_V) != 0) {
5459                 val |= MINCORE_INCORE;
5460                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5461                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5462                 if ((pte & PG_A) != 0)
5463                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5464         }
5465         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5466             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5467             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5468                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5469                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5470                         goto retry;
5471         } else
5472                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5473         PMAP_UNLOCK(pmap);
5474         return (val);
5475 }
5476
5477 void
5478 pmap_activate(struct thread *td)
5479 {
5480         pmap_t  pmap, oldpmap;
5481         u_int   cpuid;
5482         u_int32_t  cr3;
5483
5484         critical_enter();
5485         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5486         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5487         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5488 #if defined(SMP)
5489         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5490         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5491 #else
5492         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5493         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5494 #endif
5495 #if defined(PAE) || defined(PAE_TABLES)
5496         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdpt);
5497 #else
5498         cr3 = vtophys(pmap->pm_pdir);
5499 #endif
5500         /*
5501          * pmap_activate is for the current thread on the current cpu
5502          */
5503         td->td_pcb->pcb_cr3 = cr3;
5504         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5505         critical_exit();
5506 }
5507
5508 void
5509 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5510 {
5511 }
5512
5513 /*
5514  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5515  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5516  */
5517 void
5518 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5519     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5520 {
5521         vm_offset_t superpage_offset;
5522
5523         if (size < NBPDR)
5524                 return;
5525         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5526                 offset += ptoa(object->pg_color);
5527         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5528         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5529             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5530                 return;
5531         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5532                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5533         else
5534                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5535 }
5536
5537 vm_offset_t
5538 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
5539 {
5540         vm_offset_t qaddr;
5541         pt_entry_t *pte;
5542
5543         critical_enter();
5544         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5545         pte = vtopte(qaddr);
5546
5547         KASSERT(*pte == 0, ("pmap_quick_enter_page: PTE busy"));
5548         *pte = PG_V | PG_RW | VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_A | PG_M |
5549             pmap_cache_bits(pmap_page_get_memattr(m), 0);
5550         invlpg(qaddr);
5551
5552         return (qaddr);
5553 }
5554
5555 void
5556 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
5557 {
5558         vm_offset_t qaddr;
5559         pt_entry_t *pte;
5560
5561         qaddr = PCPU_GET(qmap_addr);
5562         pte = vtopte(qaddr);
5563
5564         KASSERT(*pte != 0, ("pmap_quick_remove_page: PTE not in use"));
5565         KASSERT(addr == qaddr, ("pmap_quick_remove_page: invalid address"));
5566
5567         *pte = 0;
5568         critical_exit();
5569 }
5570
5571 static vmem_t *pmap_trm_arena;
5572 static vmem_addr_t pmap_trm_arena_last = PMAP_TRM_MIN_ADDRESS;
5573 static int trm_guard = PAGE_SIZE;
5574
5575 static int
5576 pmap_trm_import(void *unused __unused, vmem_size_t size, int flags,
5577     vmem_addr_t *addrp)
5578 {
5579         vm_page_t m;
5580         vmem_addr_t af, addr, prev_addr;
5581         pt_entry_t *trm_pte;
5582
5583         prev_addr = atomic_load_long(&pmap_trm_arena_last);
5584         size = round_page(size) + trm_guard;
5585         for (;;) {
5586                 if (prev_addr + size < prev_addr || prev_addr + size < size ||
5587                     prev_addr + size > PMAP_TRM_MAX_ADDRESS)
5588                         return (ENOMEM);
5589                 addr = prev_addr + size;
5590                 if (atomic_fcmpset_int(&pmap_trm_arena_last, &prev_addr, addr))
5591                         break;
5592         }
5593         prev_addr += trm_guard;
5594         trm_pte = PTmap + atop(prev_addr);
5595         for (af = prev_addr; af < addr; af += PAGE_SIZE) {
5596                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5597                     VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
5598                 pte_store(&trm_pte[atop(af - prev_addr)], VM_PAGE_TO_PHYS(m) |
5599                     PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V | pgeflag |
5600                     pmap_cache_bits(VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE));
5601         }
5602         *addrp = prev_addr;
5603         return (0);
5604 }
5605
5606 static
5607 void pmap_init_trm(void)
5608 {
5609         vm_page_t pd_m;
5610
5611         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.trm_guard", &trm_guard);
5612         if ((trm_guard & PAGE_MASK) != 0)
5613                 trm_guard = 0;
5614         pmap_trm_arena = vmem_create("i386trampoline", 0, 0, 1, 0, M_WAITOK);
5615         vmem_set_import(pmap_trm_arena, pmap_trm_import, NULL, NULL, PAGE_SIZE);
5616         pd_m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_NOBUSY |
5617             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK | VM_ALLOC_ZERO);
5618         if ((pd_m->flags & PG_ZERO) == 0)
5619                 pmap_zero_page(pd_m);
5620         PTD[TRPTDI] = VM_PAGE_TO_PHYS(pd_m) | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V |
5621             pmap_cache_bits(VM_MEMATTR_DEFAULT, TRUE);
5622 }
5623
5624 void *
5625 pmap_trm_alloc(size_t size, int flags)
5626 {
5627         vmem_addr_t res;
5628         int error;
5629
5630         MPASS((flags & ~(M_WAITOK | M_NOWAIT | M_ZERO)) == 0);
5631         error = vmem_xalloc(pmap_trm_arena, roundup2(size, 4), sizeof(int),
5632             0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags | M_FIRSTFIT, &res);
5633         if (error != 0)
5634                 return (NULL);
5635         if ((flags & M_ZERO) != 0)
5636                 bzero((void *)res, size);
5637         return ((void *)res);
5638 }
5639
5640 void
5641 pmap_trm_free(void *addr, size_t size)
5642 {
5643
5644         vmem_free(pmap_trm_arena, (uintptr_t)addr, roundup2(size, 4));
5645 }
5646
5647 #if defined(PMAP_DEBUG)
5648 pmap_pid_dump(int pid)
5649 {
5650         pmap_t pmap;
5651         struct proc *p;
5652         int npte = 0;
5653         int index;
5654
5655         sx_slock(&allproc_lock);
5656         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
5657                 if (p->p_pid != pid)
5658                         continue;
5659
5660                 if (p->p_vmspace) {
5661                         int i,j;
5662                         index = 0;
5663                         pmap = vmspace_pmap(p->p_vmspace);
5664                         for (i = 0; i < NPDEPTD; i++) {
5665                                 pd_entry_t *pde;
5666                                 pt_entry_t *pte;
5667                                 vm_offset_t base = i << PDRSHIFT;
5668                                 
5669                                 pde = &pmap->pm_pdir[i];
5670                                 if (pde && pmap_pde_v(pde)) {
5671                                         for (j = 0; j < NPTEPG; j++) {
5672                                                 vm_offset_t va = base + (j << PAGE_SHIFT);
5673                                                 if (va >= (vm_offset_t) VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5674                                                         if (index) {
5675                                                                 index = 0;
5676                                                                 printf("\n");
5677                                                         }
5678                                                         sx_sunlock(&allproc_lock);
5679                                                         return (npte);
5680                                                 }
5681                                                 pte = pmap_pte(pmap, va);
5682                                                 if (pte && pmap_pte_v(pte)) {
5683                                                         pt_entry_t pa;
5684                                                         vm_page_t m;
5685                                                         pa = *pte;
5686                                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa & PG_FRAME);
5687                                                         printf("va: 0x%x, pt: 0x%x, h: %d, w: %d, f: 0x%x",
5688                                                                 va, pa, m->hold_count, m->wire_count, m->flags);
5689                                                         npte++;
5690                                                         index++;
5691                                                         if (index >= 2) {
5692                                                                 index = 0;
5693                                                                 printf("\n");
5694                                                         } else {
5695                                                                 printf(" ");
5696                                                         }
5697                                                 }
5698                                         }
5699                                 }
5700                         }
5701                 }
5702         }
5703         sx_sunlock(&allproc_lock);
5704         return (npte);
5705 }
5706 #endif