]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/riscv/riscv/pmap.c
riscv: Fix a race in pmap_pinit()
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / riscv / riscv / 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) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  * Copyright (c) 2014 Andrew Turner
15  * All rights reserved.
16  * Copyright (c) 2014 The FreeBSD Foundation
17  * All rights reserved.
18  * Copyright (c) 2015-2018 Ruslan Bukin <br@bsdpad.com>
19  * All rights reserved.
20  *
21  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
22  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
23  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
24  *
25  * Portions of this software were developed by Andrew Turner under
26  * sponsorship from The FreeBSD Foundation.
27  *
28  * Portions of this software were developed by SRI International and the
29  * University of Cambridge Computer Laboratory under DARPA/AFRL contract
30  * FA8750-10-C-0237 ("CTSRD"), as part of the DARPA CRASH research programme.
31  *
32  * Portions of this software were developed by the University of Cambridge
33  * Computer Laboratory as part of the CTSRD Project, with support from the
34  * UK Higher Education Innovation Fund (HEIF).
35  *
36  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
37  * modification, are permitted provided that the following conditions
38  * are met:
39  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
40  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
41  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
42  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
43  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
44  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
45  *    must display the following acknowledgement:
46  *      This product includes software developed by the University of
47  *      California, Berkeley and its contributors.
48  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
49  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
50  *    without specific prior written permission.
51  *
52  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
53  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
54  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
55  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
56  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
57  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
58  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
59  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
60  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
61  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
62  * SUCH DAMAGE.
63  *
64  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
65  */
66 /*-
67  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
68  * All rights reserved.
69  *
70  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
71  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
72  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
73  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
74  * CHATS research program.
75  *
76  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
77  * modification, are permitted provided that the following conditions
78  * are met:
79  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
80  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
81  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
82  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
83  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
84  *
85  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
86  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
87  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
88  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
89  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
90  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
91  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
92  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
93  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
94  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
95  * SUCH DAMAGE.
96  */
97
98 #include <sys/cdefs.h>
99 __FBSDID("$FreeBSD$");
100
101 /*
102  *      Manages physical address maps.
103  *
104  *      Since the information managed by this module is
105  *      also stored by the logical address mapping module,
106  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
107  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
108  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
109  *      requested.
110  *
111  *      In order to cope with hardware architectures which
112  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
113  *      this module may delay invalidate or reduced protection
114  *      operations until such time as they are actually
115  *      necessary.  This module is given full information as
116  *      to which processors are currently using which maps,
117  *      and to when physical maps must be made correct.
118  */
119
120 #include <sys/param.h>
121 #include <sys/systm.h>
122 #include <sys/bitstring.h>
123 #include <sys/bus.h>
124 #include <sys/cpuset.h>
125 #include <sys/kernel.h>
126 #include <sys/ktr.h>
127 #include <sys/lock.h>
128 #include <sys/malloc.h>
129 #include <sys/mman.h>
130 #include <sys/msgbuf.h>
131 #include <sys/mutex.h>
132 #include <sys/physmem.h>
133 #include <sys/proc.h>
134 #include <sys/rwlock.h>
135 #include <sys/sbuf.h>
136 #include <sys/sx.h>
137 #include <sys/vmem.h>
138 #include <sys/vmmeter.h>
139 #include <sys/sched.h>
140 #include <sys/sysctl.h>
141 #include <sys/smp.h>
142
143 #include <vm/vm.h>
144 #include <vm/vm_param.h>
145 #include <vm/vm_kern.h>
146 #include <vm/vm_page.h>
147 #include <vm/vm_map.h>
148 #include <vm/vm_object.h>
149 #include <vm/vm_extern.h>
150 #include <vm/vm_pageout.h>
151 #include <vm/vm_pager.h>
152 #include <vm/vm_phys.h>
153 #include <vm/vm_radix.h>
154 #include <vm/vm_reserv.h>
155 #include <vm/vm_dumpset.h>
156 #include <vm/uma.h>
157
158 #include <machine/machdep.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/sbi.h>
162
163 #define NUL1E           (Ln_ENTRIES * Ln_ENTRIES)
164 #define NUL2E           (Ln_ENTRIES * NUL1E)
165
166 #if !defined(DIAGNOSTIC)
167 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
168 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
169 #else
170 #define PMAP_INLINE     extern inline
171 #endif
172 #else
173 #define PMAP_INLINE
174 #endif
175
176 #ifdef PV_STATS
177 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
178 #else
179 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
180 #endif
181
182 #define pmap_l2_pindex(v)       ((v) >> L2_SHIFT)
183 #define pa_to_pvh(pa)           (&pv_table[pa_index(pa)])
184
185 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
186
187 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
188                         (&pv_list_locks[pmap_l2_pindex(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
189
190 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
191         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
192         struct rwlock *_new_lock;                       \
193                                                         \
194         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
195         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
196                 if (*_lockp != NULL)                    \
197                         rw_wunlock(*_lockp);            \
198                 *_lockp = _new_lock;                    \
199                 rw_wlock(*_lockp);                      \
200         }                                               \
201 } while (0)
202
203 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
204                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
205
206 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
207         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
208                                                         \
209         if (*_lockp != NULL) {                          \
210                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
211                 *_lockp = NULL;                         \
212         }                                               \
213 } while (0)
214
215 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
216                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
217
218 /* The list of all the user pmaps */
219 LIST_HEAD(pmaplist, pmap);
220 static struct pmaplist allpmaps = LIST_HEAD_INITIALIZER();
221
222 struct pmap kernel_pmap_store;
223
224 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
225 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
226 vm_offset_t kernel_vm_end = 0;
227
228 vm_paddr_t dmap_phys_base;      /* The start of the dmap region */
229 vm_paddr_t dmap_phys_max;       /* The limit of the dmap region */
230 vm_offset_t dmap_max_addr;      /* The virtual address limit of the dmap */
231
232 /* This code assumes all L1 DMAP entries will be used */
233 CTASSERT((DMAP_MIN_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MIN_ADDRESS);
234 CTASSERT((DMAP_MAX_ADDRESS  & ~L1_OFFSET) == DMAP_MAX_ADDRESS);
235
236 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
237 static struct mtx_padalign allpmaps_lock;
238
239 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
240     "VM/pmap parameters");
241
242 static int superpages_enabled = 1;
243 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, superpages_enabled,
244     CTLFLAG_RDTUN, &superpages_enabled, 0,
245     "Enable support for transparent superpages");
246
247 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, l2, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
248     "2MB page mapping counters");
249
250 static u_long pmap_l2_demotions;
251 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
252     &pmap_l2_demotions, 0,
253     "2MB page demotions");
254
255 static u_long pmap_l2_mappings;
256 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
257     &pmap_l2_mappings, 0,
258     "2MB page mappings");
259
260 static u_long pmap_l2_p_failures;
261 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
262     &pmap_l2_p_failures, 0,
263     "2MB page promotion failures");
264
265 static u_long pmap_l2_promotions;
266 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_l2, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
267     &pmap_l2_promotions, 0,
268     "2MB page promotions");
269
270 /*
271  * Data for the pv entry allocation mechanism
272  */
273 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
274 static struct mtx pv_chunks_mutex;
275 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
276 static struct md_page *pv_table;
277 static struct md_page pv_dummy;
278
279 extern cpuset_t all_harts;
280
281 /*
282  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
283  */
284 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
285 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
286
287 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
288 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
289 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
290 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
291 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
292 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
293                     vm_offset_t va);
294 static bool     pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va);
295 static bool     pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2,
296                     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
297 static int      pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2,
298                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
299 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
300     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
301 static int pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t sva,
302     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
303 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
304     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
305
306 static vm_page_t _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
307                 struct rwlock **lockp);
308
309 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
310     struct spglist *free);
311 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
312
313 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
314
315 #define pmap_clear(pte)                 pmap_store(pte, 0)
316 #define pmap_clear_bits(pte, bits)      atomic_clear_64(pte, bits)
317 #define pmap_load_store(pte, entry)     atomic_swap_64(pte, entry)
318 #define pmap_load_clear(pte)            pmap_load_store(pte, 0)
319 #define pmap_load(pte)                  atomic_load_64(pte)
320 #define pmap_store(pte, entry)          atomic_store_64(pte, entry)
321 #define pmap_store_bits(pte, bits)      atomic_set_64(pte, bits)
322
323 /********************/
324 /* Inline functions */
325 /********************/
326
327 static __inline void
328 pagecopy(void *s, void *d)
329 {
330
331         memcpy(d, s, PAGE_SIZE);
332 }
333
334 static __inline void
335 pagezero(void *p)
336 {
337
338         bzero(p, PAGE_SIZE);
339 }
340
341 #define pmap_l1_index(va)       (((va) >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
342 #define pmap_l2_index(va)       (((va) >> L2_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
343 #define pmap_l3_index(va)       (((va) >> L3_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK)
344
345 #define PTE_TO_PHYS(pte) \
346     ((((pte) & ~PTE_HI_MASK) >> PTE_PPN0_S) * PAGE_SIZE)
347 #define L2PTE_TO_PHYS(l2) \
348     ((((l2) & ~PTE_HI_MASK) >> PTE_PPN1_S) << L2_SHIFT)
349
350 static __inline pd_entry_t *
351 pmap_l1(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
352 {
353
354         KASSERT(VIRT_IS_VALID(va),
355             ("%s: malformed virtual address %#lx", __func__, va));
356         return (&pmap->pm_l1[pmap_l1_index(va)]);
357 }
358
359 static __inline pd_entry_t *
360 pmap_l1_to_l2(pd_entry_t *l1, vm_offset_t va)
361 {
362         vm_paddr_t phys;
363         pd_entry_t *l2;
364
365         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
366         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
367
368         return (&l2[pmap_l2_index(va)]);
369 }
370
371 static __inline pd_entry_t *
372 pmap_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
373 {
374         pd_entry_t *l1;
375
376         l1 = pmap_l1(pmap, va);
377         if ((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0)
378                 return (NULL);
379         if ((pmap_load(l1) & PTE_RX) != 0)
380                 return (NULL);
381
382         return (pmap_l1_to_l2(l1, va));
383 }
384
385 static __inline pt_entry_t *
386 pmap_l2_to_l3(pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
387 {
388         vm_paddr_t phys;
389         pt_entry_t *l3;
390
391         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
392         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
393
394         return (&l3[pmap_l3_index(va)]);
395 }
396
397 static __inline pt_entry_t *
398 pmap_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
399 {
400         pd_entry_t *l2;
401
402         l2 = pmap_l2(pmap, va);
403         if (l2 == NULL)
404                 return (NULL);
405         if ((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0)
406                 return (NULL);
407         if ((pmap_load(l2) & PTE_RX) != 0)
408                 return (NULL);
409
410         return (pmap_l2_to_l3(l2, va));
411 }
412
413 static __inline void
414 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
415 {
416
417         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
418         pmap->pm_stats.resident_count += count;
419 }
420
421 static __inline void
422 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
423 {
424
425         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
426         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
427             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
428             pmap->pm_stats.resident_count, count));
429         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
430 }
431
432 static void
433 pmap_distribute_l1(struct pmap *pmap, vm_pindex_t l1index,
434     pt_entry_t entry)
435 {
436         struct pmap *user_pmap;
437         pd_entry_t *l1;
438
439         /* Distribute new kernel L1 entry to all the user pmaps */
440         if (pmap != kernel_pmap)
441                 return;
442
443         mtx_lock(&allpmaps_lock);
444         LIST_FOREACH(user_pmap, &allpmaps, pm_list) {
445                 l1 = &user_pmap->pm_l1[l1index];
446                 pmap_store(l1, entry);
447         }
448         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
449 }
450
451 static pt_entry_t *
452 pmap_early_page_idx(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, u_int *l1_slot,
453     u_int *l2_slot)
454 {
455         pt_entry_t *l2;
456         pd_entry_t *l1;
457
458         l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
459         *l1_slot = (va >> L1_SHIFT) & Ln_ADDR_MASK;
460
461         /* Check locore has used a table L1 map */
462         KASSERT((l1[*l1_slot] & PTE_RX) == 0,
463                 ("Invalid bootstrap L1 table"));
464
465         /* Find the address of the L2 table */
466         l2 = (pt_entry_t *)init_pt_va;
467         *l2_slot = pmap_l2_index(va);
468
469         return (l2);
470 }
471
472 static vm_paddr_t
473 pmap_early_vtophys(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va)
474 {
475         u_int l1_slot, l2_slot;
476         pt_entry_t *l2;
477         vm_paddr_t ret;
478
479         l2 = pmap_early_page_idx(l1pt, va, &l1_slot, &l2_slot);
480
481         /* Check locore has used L2 superpages */
482         KASSERT((l2[l2_slot] & PTE_RX) != 0,
483                 ("Invalid bootstrap L2 table"));
484
485         /* L2 is superpages */
486         ret = L2PTE_TO_PHYS(l2[l2_slot]);
487         ret += (va & L2_OFFSET);
488
489         return (ret);
490 }
491
492 static void
493 pmap_bootstrap_dmap(vm_offset_t kern_l1, vm_paddr_t min_pa, vm_paddr_t max_pa)
494 {
495         vm_offset_t va;
496         vm_paddr_t pa;
497         pd_entry_t *l1;
498         u_int l1_slot;
499         pt_entry_t entry;
500         pn_t pn;
501
502         pa = dmap_phys_base = min_pa & ~L1_OFFSET;
503         va = DMAP_MIN_ADDRESS;
504         l1 = (pd_entry_t *)kern_l1;
505         l1_slot = pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS);
506
507         for (; va < DMAP_MAX_ADDRESS && pa < max_pa;
508             pa += L1_SIZE, va += L1_SIZE, l1_slot++) {
509                 KASSERT(l1_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L1 index"));
510
511                 /* superpages */
512                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
513                 entry = PTE_KERN;
514                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
515                 pmap_store(&l1[l1_slot], entry);
516         }
517
518         /* Set the upper limit of the DMAP region */
519         dmap_phys_max = pa;
520         dmap_max_addr = va;
521
522         sfence_vma();
523 }
524
525 static vm_offset_t
526 pmap_bootstrap_l3(vm_offset_t l1pt, vm_offset_t va, vm_offset_t l3_start)
527 {
528         vm_offset_t l3pt;
529         pt_entry_t entry;
530         pd_entry_t *l2;
531         vm_paddr_t pa;
532         u_int l2_slot;
533         pn_t pn;
534
535         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0, ("Invalid virtual address"));
536
537         l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
538         l2 = (pd_entry_t *)((uintptr_t)l2 & ~(PAGE_SIZE - 1));
539         l2_slot = pmap_l2_index(va);
540         l3pt = l3_start;
541
542         for (; va < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS; l2_slot++, va += L2_SIZE) {
543                 KASSERT(l2_slot < Ln_ENTRIES, ("Invalid L2 index"));
544
545                 pa = pmap_early_vtophys(l1pt, l3pt);
546                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
547                 entry = (PTE_V);
548                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
549                 pmap_store(&l2[l2_slot], entry);
550                 l3pt += PAGE_SIZE;
551         }
552
553         /* Clean the L2 page table */
554         memset((void *)l3_start, 0, l3pt - l3_start);
555
556         return (l3pt);
557 }
558
559 /*
560  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
561  */
562 void
563 pmap_bootstrap(vm_offset_t l1pt, vm_paddr_t kernstart, vm_size_t kernlen)
564 {
565         u_int l1_slot, l2_slot;
566         vm_offset_t freemempos;
567         vm_offset_t dpcpu, msgbufpv;
568         vm_paddr_t max_pa, min_pa, pa;
569         pt_entry_t *l2p;
570         int i;
571
572         printf("pmap_bootstrap %lx %lx %lx\n", l1pt, kernstart, kernlen);
573
574         /* Set this early so we can use the pagetable walking functions */
575         kernel_pmap_store.pm_l1 = (pd_entry_t *)l1pt;
576         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
577
578         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
579
580         /*
581          * Set the current CPU as active in the kernel pmap. Secondary cores
582          * will add themselves later in init_secondary(). The SBI firmware
583          * may rely on this mask being precise, so CPU_FILL() is not used.
584          */
585         CPU_SET(PCPU_GET(hart), &kernel_pmap->pm_active);
586
587         /* Assume the address we were loaded to is a valid physical address. */
588         min_pa = max_pa = kernstart;
589
590         physmap_idx = physmem_avail(physmap, nitems(physmap));
591         physmap_idx /= 2;
592
593         /*
594          * Find the minimum physical address. physmap is sorted,
595          * but may contain empty ranges.
596          */
597         for (i = 0; i < physmap_idx * 2; i += 2) {
598                 if (physmap[i] == physmap[i + 1])
599                         continue;
600                 if (physmap[i] <= min_pa)
601                         min_pa = physmap[i];
602                 if (physmap[i + 1] > max_pa)
603                         max_pa = physmap[i + 1];
604         }
605         printf("physmap_idx %u\n", physmap_idx);
606         printf("min_pa %lx\n", min_pa);
607         printf("max_pa %lx\n", max_pa);
608
609         /* Create a direct map region early so we can use it for pa -> va */
610         pmap_bootstrap_dmap(l1pt, min_pa, max_pa);
611
612         /*
613          * Read the page table to find out what is already mapped.
614          * This assumes we have mapped a block of memory from KERNBASE
615          * using a single L1 entry.
616          */
617         (void)pmap_early_page_idx(l1pt, KERNBASE, &l1_slot, &l2_slot);
618
619         /* Sanity check the index, KERNBASE should be the first VA */
620         KASSERT(l2_slot == 0, ("The L2 index is non-zero"));
621
622         freemempos = roundup2(KERNBASE + kernlen, PAGE_SIZE);
623
624         /* Create the l3 tables for the early devmap */
625         freemempos = pmap_bootstrap_l3(l1pt,
626             VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE, freemempos);
627
628         /*
629          * Invalidate the mapping we created for the DTB. At this point a copy
630          * has been created, and we no longer need it. We want to avoid the
631          * possibility of an aliased mapping in the future.
632          */
633         l2p = pmap_l2(kernel_pmap, VM_EARLY_DTB_ADDRESS);
634         if ((pmap_load(l2p) & PTE_V) != 0)
635                 pmap_clear(l2p);
636
637         sfence_vma();
638
639 #define alloc_pages(var, np)                                            \
640         (var) = freemempos;                                             \
641         freemempos += (np * PAGE_SIZE);                                 \
642         memset((char *)(var), 0, ((np) * PAGE_SIZE));
643
644         /* Allocate dynamic per-cpu area. */
645         alloc_pages(dpcpu, DPCPU_SIZE / PAGE_SIZE);
646         dpcpu_init((void *)dpcpu, 0);
647
648         /* Allocate memory for the msgbuf, e.g. for /sbin/dmesg */
649         alloc_pages(msgbufpv, round_page(msgbufsize) / PAGE_SIZE);
650         msgbufp = (void *)msgbufpv;
651
652         virtual_avail = roundup2(freemempos, L2_SIZE);
653         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - L2_SIZE;
654         kernel_vm_end = virtual_avail;
655
656         pa = pmap_early_vtophys(l1pt, freemempos);
657
658         physmem_exclude_region(kernstart, pa - kernstart, EXFLAG_NOALLOC);
659 }
660
661 /*
662  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
663  */
664 void
665 pmap_page_init(vm_page_t m)
666 {
667
668         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
669         m->md.pv_memattr = VM_MEMATTR_WRITE_BACK;
670 }
671
672 /*
673  *      Initialize the pmap module.
674  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
675  *      system needs to map virtual memory.
676  */
677 void
678 pmap_init(void)
679 {
680         vm_size_t s;
681         int i, pv_npg;
682
683         /*
684          * Initialize the pv chunk and pmap list mutexes.
685          */
686         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
687         mtx_init(&allpmaps_lock, "allpmaps", NULL, MTX_DEF);
688
689         /*
690          * Initialize the pool of pv list locks.
691          */
692         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
693                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
694
695         /*
696          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
697          */
698         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, L2_SIZE);
699
700         /*
701          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
702          */
703         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
704         s = round_page(s);
705         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
706         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
707                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
708         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
709
710         if (superpages_enabled)
711                 pagesizes[1] = L2_SIZE;
712 }
713
714 #ifdef SMP
715 /*
716  * For SMP, these functions have to use IPIs for coherence.
717  *
718  * In general, the calling thread uses a plain fence to order the
719  * writes to the page tables before invoking an SBI callback to invoke
720  * sfence_vma() on remote CPUs.
721  */
722 static void
723 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
724 {
725         cpuset_t mask;
726
727         sched_pin();
728         mask = pmap->pm_active;
729         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
730         fence();
731         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
732                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, va, 1);
733         sfence_vma_page(va);
734         sched_unpin();
735 }
736
737 static void
738 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
739 {
740         cpuset_t mask;
741
742         sched_pin();
743         mask = pmap->pm_active;
744         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
745         fence();
746         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
747                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, sva, eva - sva + 1);
748
749         /*
750          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
751          * number of pages in the future.
752          */
753         sfence_vma();
754         sched_unpin();
755 }
756
757 static void
758 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
759 {
760         cpuset_t mask;
761
762         sched_pin();
763         mask = pmap->pm_active;
764         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
765
766         /*
767          * XXX: The SBI doc doesn't detail how to specify x0 as the
768          * address to perform a global fence.  BBL currently treats
769          * all sfence_vma requests as global however.
770          */
771         fence();
772         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started)
773                 sbi_remote_sfence_vma(mask.__bits, 0, 0);
774         sfence_vma();
775         sched_unpin();
776 }
777 #else
778 /*
779  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
780  * We inline these within pmap.c for speed.
781  */
782 static __inline void
783 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
784 {
785
786         sfence_vma_page(va);
787 }
788
789 static __inline void
790 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
791 {
792
793         /*
794          * Might consider a loop of sfence_vma_page() for a small
795          * number of pages in the future.
796          */
797         sfence_vma();
798 }
799
800 static __inline void
801 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
802 {
803
804         sfence_vma();
805 }
806 #endif
807
808 /*
809  *      Routine:        pmap_extract
810  *      Function:
811  *              Extract the physical page address associated
812  *              with the given map/virtual_address pair.
813  */
814 vm_paddr_t 
815 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
816 {
817         pd_entry_t *l2p, l2;
818         pt_entry_t *l3p, l3;
819         vm_paddr_t pa;
820
821         pa = 0;
822         PMAP_LOCK(pmap);
823         /*
824          * Start with the l2 tabel. We are unable to allocate
825          * pages in the l1 table.
826          */
827         l2p = pmap_l2(pmap, va);
828         if (l2p != NULL) {
829                 l2 = pmap_load(l2p);
830                 if ((l2 & PTE_RX) == 0) {
831                         l3p = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
832                         if (l3p != NULL) {
833                                 l3 = pmap_load(l3p);
834                                 pa = PTE_TO_PHYS(l3);
835                                 pa |= (va & L3_OFFSET);
836                         }
837                 } else {
838                         /* L2 is superpages */
839                         pa = L2PTE_TO_PHYS(l2);
840                         pa |= (va & L2_OFFSET);
841                 }
842         }
843         PMAP_UNLOCK(pmap);
844         return (pa);
845 }
846
847 /*
848  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
849  *      Function:
850  *              Atomically extract and hold the physical page
851  *              with the given pmap and virtual address pair
852  *              if that mapping permits the given protection.
853  */
854 vm_page_t
855 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
856 {
857         pt_entry_t *l3p, l3;
858         vm_paddr_t phys;
859         vm_page_t m;
860
861         m = NULL;
862         PMAP_LOCK(pmap);
863         l3p = pmap_l3(pmap, va);
864         if (l3p != NULL && (l3 = pmap_load(l3p)) != 0) {
865                 if ((l3 & PTE_W) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
866                         phys = PTE_TO_PHYS(l3);
867                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
868                         if (!vm_page_wire_mapped(m))
869                                 m = NULL;
870                 }
871         }
872         PMAP_UNLOCK(pmap);
873         return (m);
874 }
875
876 vm_paddr_t
877 pmap_kextract(vm_offset_t va)
878 {
879         pd_entry_t *l2, l2e;
880         pt_entry_t *l3;
881         vm_paddr_t pa;
882
883         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
884                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
885         } else {
886                 l2 = pmap_l2(kernel_pmap, va);
887                 if (l2 == NULL)
888                         panic("pmap_kextract: No l2");
889                 l2e = pmap_load(l2);
890                 /*
891                  * Beware of concurrent promotion and demotion! We must
892                  * use l2e rather than loading from l2 multiple times to
893                  * ensure we see a consistent state, including the
894                  * implicit load in pmap_l2_to_l3.  It is, however, safe
895                  * to use an old l2e because the L3 page is preserved by
896                  * promotion.
897                  */
898                 if ((l2e & PTE_RX) != 0) {
899                         /* superpages */
900                         pa = L2PTE_TO_PHYS(l2e);
901                         pa |= (va & L2_OFFSET);
902                         return (pa);
903                 }
904
905                 l3 = pmap_l2_to_l3(&l2e, va);
906                 if (l3 == NULL)
907                         panic("pmap_kextract: No l3...");
908                 pa = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l3));
909                 pa |= (va & PAGE_MASK);
910         }
911         return (pa);
912 }
913
914 /***************************************************
915  * Low level mapping routines.....
916  ***************************************************/
917
918 void
919 pmap_kenter(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa, int mode __unused)
920 {
921         pt_entry_t entry;
922         pt_entry_t *l3;
923         vm_offset_t va;
924         pn_t pn;
925
926         KASSERT((pa & L3_OFFSET) == 0,
927            ("pmap_kenter_device: Invalid physical address"));
928         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
929            ("pmap_kenter_device: Invalid virtual address"));
930         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
931             ("pmap_kenter_device: Mapping is not page-sized"));
932
933         va = sva;
934         while (size != 0) {
935                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
936                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
937
938                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
939                 entry = PTE_KERN;
940                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
941                 pmap_store(l3, entry);
942
943                 va += PAGE_SIZE;
944                 pa += PAGE_SIZE;
945                 size -= PAGE_SIZE;
946         }
947         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
948 }
949
950 void
951 pmap_kenter_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size, vm_paddr_t pa)
952 {
953         pmap_kenter(sva, size, pa, VM_MEMATTR_DEVICE);
954 }
955
956 /*
957  * Remove a page from the kernel pagetables.
958  * Note: not SMP coherent.
959  */
960 PMAP_INLINE void
961 pmap_kremove(vm_offset_t va)
962 {
963         pt_entry_t *l3;
964
965         l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
966         KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
967
968         pmap_clear(l3);
969         sfence_vma();
970 }
971
972 void
973 pmap_kremove_device(vm_offset_t sva, vm_size_t size)
974 {
975         pt_entry_t *l3;
976         vm_offset_t va;
977
978         KASSERT((sva & L3_OFFSET) == 0,
979            ("pmap_kremove_device: Invalid virtual address"));
980         KASSERT((size & PAGE_MASK) == 0,
981             ("pmap_kremove_device: Mapping is not page-sized"));
982
983         va = sva;
984         while (size != 0) {
985                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
986                 KASSERT(l3 != NULL, ("Invalid page table, va: 0x%lx", va));
987                 pmap_clear(l3);
988
989                 va += PAGE_SIZE;
990                 size -= PAGE_SIZE;
991         }
992
993         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
994 }
995
996 /*
997  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
998  *      virtual address space.
999  *
1000  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1001  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1002  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1003  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1004  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1005  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1006  *      region.
1007  */
1008 vm_offset_t
1009 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1010 {
1011
1012         return PHYS_TO_DMAP(start);
1013 }
1014
1015 /*
1016  * Add a list of wired pages to the kva
1017  * this routine is only used for temporary
1018  * kernel mappings that do not need to have
1019  * page modification or references recorded.
1020  * Note that old mappings are simply written
1021  * over.  The page *must* be wired.
1022  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1023  */
1024 void
1025 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1026 {
1027         pt_entry_t *l3, pa;
1028         vm_offset_t va;
1029         vm_page_t m;
1030         pt_entry_t entry;
1031         pn_t pn;
1032         int i;
1033
1034         va = sva;
1035         for (i = 0; i < count; i++) {
1036                 m = ma[i];
1037                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1038                 pn = (pa / PAGE_SIZE);
1039                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1040
1041                 entry = PTE_KERN;
1042                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1043                 pmap_store(l3, entry);
1044
1045                 va += L3_SIZE;
1046         }
1047         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1048 }
1049
1050 /*
1051  * This routine tears out page mappings from the
1052  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1053  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1054  */
1055 void
1056 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1057 {
1058         pt_entry_t *l3;
1059         vm_offset_t va;
1060
1061         KASSERT(sva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", sva));
1062
1063         for (va = sva; count-- > 0; va += PAGE_SIZE) {
1064                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
1065                 KASSERT(l3 != NULL, ("pmap_kremove: Invalid address"));
1066                 pmap_clear(l3);
1067         }
1068         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1069 }
1070
1071 bool
1072 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap __unused)
1073 {
1074
1075         return (superpages_enabled);
1076 }
1077
1078 /***************************************************
1079  * Page table page management routines.....
1080  ***************************************************/
1081 /*
1082  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1083  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1084  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1085  */
1086 static __inline void
1087 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1088     boolean_t set_PG_ZERO)
1089 {
1090
1091         if (set_PG_ZERO)
1092                 m->flags |= PG_ZERO;
1093         else
1094                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1095         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1100  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1101  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1102  * ordered by this virtual address range.
1103  *
1104  * If "promoted" is false, then the page table page "ml3" must be zero filled.
1105  */
1106 static __inline int
1107 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t ml3, bool promoted)
1108 {
1109
1110         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1111         ml3->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
1112         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, ml3));
1113 }
1114
1115 /*
1116  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
1117  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
1118  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
1119  * specified virtual address.
1120  */
1121 static __inline vm_page_t
1122 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1123 {
1124
1125         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1126         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_l2_pindex(va)));
1127 }
1128
1129 /*
1130  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
1131  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
1132  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1133  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1134  */
1135 static inline boolean_t
1136 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1137 {
1138
1139         --m->ref_count;
1140         if (m->ref_count == 0) {
1141                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1142                 return (TRUE);
1143         } else {
1144                 return (FALSE);
1145         }
1146 }
1147
1148 static void
1149 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1150 {
1151         vm_paddr_t phys;
1152
1153         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1154         if (m->pindex >= NUL2E) {
1155                 pd_entry_t *l1;
1156                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1157                 pmap_clear(l1);
1158                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), 0);
1159         } else {
1160                 pd_entry_t *l2;
1161                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
1162                 pmap_clear(l2);
1163         }
1164         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1165         if (m->pindex < NUL2E) {
1166                 pd_entry_t *l1;
1167                 vm_page_t pdpg;
1168
1169                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
1170                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1171                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1172                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1173         }
1174         pmap_invalidate_page(pmap, va);
1175
1176         vm_wire_sub(1);
1177
1178         /* 
1179          * Put page on a list so that it is released after
1180          * *ALL* TLB shootdown is done
1181          */
1182         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1183 }
1184
1185 /*
1186  * After removing a page table entry, this routine is used to
1187  * conditionally free the page, and manage the reference count.
1188  */
1189 static int
1190 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1191     struct spglist *free)
1192 {
1193         vm_page_t mpte;
1194
1195         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1196                 return (0);
1197         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1198         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(ptepde));
1199         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1200 }
1201
1202 void
1203 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1204 {
1205
1206         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1207         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1208         pmap->pm_l1 = kernel_pmap->pm_l1;
1209         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (vtophys(pmap->pm_l1) >> PAGE_SHIFT);
1210         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1211         pmap_activate_boot(pmap);
1212 }
1213
1214 int
1215 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1216 {
1217         vm_paddr_t l1phys;
1218         vm_page_t l1pt;
1219
1220         /*
1221          * allocate the l1 page
1222          */
1223         l1pt = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO |
1224             VM_ALLOC_WAITOK);
1225
1226         l1phys = VM_PAGE_TO_PHYS(l1pt);
1227         pmap->pm_l1 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(l1phys);
1228         pmap->pm_satp = SATP_MODE_SV39 | (l1phys >> PAGE_SHIFT);
1229
1230         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof(pmap->pm_stats));
1231
1232         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1233
1234         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1235         LIST_INSERT_HEAD(&allpmaps, pmap, pm_list);
1236         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1237
1238         memcpy(pmap->pm_l1, kernel_pmap->pm_l1, PAGE_SIZE);
1239
1240         vm_radix_init(&pmap->pm_root);
1241
1242         return (1);
1243 }
1244
1245 /*
1246  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1247  *
1248  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1249  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1250  *
1251  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1252  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1253  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1254  * race conditions.
1255  */
1256 static vm_page_t
1257 _pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1258 {
1259         vm_page_t m, /*pdppg, */pdpg;
1260         pt_entry_t entry;
1261         vm_paddr_t phys;
1262         pn_t pn;
1263
1264         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1265
1266         /*
1267          * Allocate a page table page.
1268          */
1269         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1270         if (m == NULL) {
1271                 if (lockp != NULL) {
1272                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1273                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1274                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1275                         vm_wait(NULL);
1276                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1277                         PMAP_LOCK(pmap);
1278                 }
1279
1280                 /*
1281                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1282                  * page may have been allocated.
1283                  */
1284                 return (NULL);
1285         }
1286         m->pindex = ptepindex;
1287
1288         /*
1289          * Map the pagetable page into the process address space, if
1290          * it isn't already there.
1291          */
1292
1293         if (ptepindex >= NUL2E) {
1294                 pd_entry_t *l1;
1295                 vm_pindex_t l1index;
1296
1297                 l1index = ptepindex - NUL2E;
1298                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1299                 KASSERT((pmap_load(l1) & PTE_V) == 0,
1300                     ("%s: L1 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l1)));
1301
1302                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1303                 entry = (PTE_V);
1304                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1305                 pmap_store(l1, entry);
1306                 pmap_distribute_l1(pmap, l1index, entry);
1307         } else {
1308                 vm_pindex_t l1index;
1309                 pd_entry_t *l1, *l2;
1310
1311                 l1index = ptepindex >> (L1_SHIFT - L2_SHIFT);
1312                 l1 = &pmap->pm_l1[l1index];
1313                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1314                         /* recurse for allocating page dir */
1315                         if (_pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l1index,
1316                             lockp) == NULL) {
1317                                 vm_page_unwire_noq(m);
1318                                 vm_page_free_zero(m);
1319                                 return (NULL);
1320                         }
1321                 } else {
1322                         phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1323                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1324                         pdpg->ref_count++;
1325                 }
1326
1327                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1));
1328                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(phys);
1329                 l2 = &l2[ptepindex & Ln_ADDR_MASK];
1330                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_V) == 0,
1331                     ("%s: L2 entry %#lx is valid", __func__, pmap_load(l2)));
1332
1333                 pn = (VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE);
1334                 entry = (PTE_V);
1335                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1336                 pmap_store(l2, entry);
1337         }
1338
1339         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
1340
1341         return (m);
1342 }
1343
1344 static vm_page_t
1345 pmap_alloc_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1346 {
1347         pd_entry_t *l1;
1348         vm_page_t l2pg;
1349         vm_pindex_t l2pindex;
1350
1351 retry:
1352         l1 = pmap_l1(pmap, va);
1353         if (l1 != NULL && (pmap_load(l1) & PTE_V) != 0) {
1354                 KASSERT((pmap_load(l1) & PTE_RWX) == 0,
1355                     ("%s: L1 entry %#lx for VA %#lx is a leaf", __func__,
1356                     pmap_load(l1), va));
1357                 /* Add a reference to the L2 page. */
1358                 l2pg = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l1)));
1359                 l2pg->ref_count++;
1360         } else {
1361                 /* Allocate a L2 page. */
1362                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va) >> Ln_ENTRIES_SHIFT;
1363                 l2pg = _pmap_alloc_l3(pmap, NUL2E + l2pindex, lockp);
1364                 if (l2pg == NULL && lockp != NULL)
1365                         goto retry;
1366         }
1367         return (l2pg);
1368 }
1369
1370 static vm_page_t
1371 pmap_alloc_l3(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
1372 {
1373         vm_pindex_t ptepindex;
1374         pd_entry_t *l2;
1375         vm_paddr_t phys;
1376         vm_page_t m;
1377
1378         /*
1379          * Calculate pagetable page index
1380          */
1381         ptepindex = pmap_l2_pindex(va);
1382 retry:
1383         /*
1384          * Get the page directory entry
1385          */
1386         l2 = pmap_l2(pmap, va);
1387
1388         /*
1389          * If the page table page is mapped, we just increment the
1390          * hold count, and activate it.
1391          */
1392         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
1393                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
1394                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
1395                 m->ref_count++;
1396         } else {
1397                 /*
1398                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
1399                  * deallocated.
1400                  */
1401                 m = _pmap_alloc_l3(pmap, ptepindex, lockp);
1402                 if (m == NULL && lockp != NULL)
1403                         goto retry;
1404         }
1405         return (m);
1406 }
1407
1408 /***************************************************
1409  * Pmap allocation/deallocation routines.
1410  ***************************************************/
1411
1412 /*
1413  * Release any resources held by the given physical map.
1414  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
1415  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
1416  */
1417 void
1418 pmap_release(pmap_t pmap)
1419 {
1420         vm_page_t m;
1421
1422         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
1423             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
1424             pmap->pm_stats.resident_count));
1425         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
1426             ("releasing active pmap %p", pmap));
1427
1428         mtx_lock(&allpmaps_lock);
1429         LIST_REMOVE(pmap, pm_list);
1430         mtx_unlock(&allpmaps_lock);
1431
1432         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_l1));
1433         vm_page_unwire_noq(m);
1434         vm_page_free(m);
1435 }
1436
1437 static int
1438 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1439 {
1440         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
1441
1442         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
1443 }
1444 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1445     0, 0, kvm_size, "LU",
1446     "Size of KVM");
1447
1448 static int
1449 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
1450 {
1451         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
1452
1453         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
1454 }
1455 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
1456     0, 0, kvm_free, "LU",
1457     "Amount of KVM free");
1458
1459 /*
1460  * grow the number of kernel page table entries, if needed
1461  */
1462 void
1463 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
1464 {
1465         vm_paddr_t paddr;
1466         vm_page_t nkpg;
1467         pd_entry_t *l1, *l2;
1468         pt_entry_t entry;
1469         pn_t pn;
1470
1471         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
1472
1473         addr = roundup2(addr, L2_SIZE);
1474         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
1475                 addr = vm_map_max(kernel_map);
1476         while (kernel_vm_end < addr) {
1477                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1478                 if (pmap_load(l1) == 0) {
1479                         /* We need a new PDP entry */
1480                         nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT |
1481                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
1482                         if (nkpg == NULL)
1483                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1484                         nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L1_SHIFT;
1485                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1486
1487                         pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1488                         entry = (PTE_V);
1489                         entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1490                         pmap_store(l1, entry);
1491                         pmap_distribute_l1(kernel_pmap,
1492                             pmap_l1_index(kernel_vm_end), entry);
1493                         continue; /* try again */
1494                 }
1495                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, kernel_vm_end);
1496                 if ((pmap_load(l2) & PTE_V) != 0 &&
1497                     (pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0) {
1498                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1499                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1500                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1501                                 break;
1502                         }
1503                         continue;
1504                 }
1505
1506                 nkpg = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED |
1507                     VM_ALLOC_ZERO);
1508                 if (nkpg == NULL)
1509                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
1510                 nkpg->pindex = kernel_vm_end >> L2_SHIFT;
1511                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
1512
1513                 pn = (paddr / PAGE_SIZE);
1514                 entry = (PTE_V);
1515                 entry |= (pn << PTE_PPN0_S);
1516                 pmap_store(l2, entry);
1517
1518                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, kernel_vm_end);
1519
1520                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
1521                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
1522                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
1523                         break;                       
1524                 }
1525         }
1526 }
1527
1528 /***************************************************
1529  * page management routines.
1530  ***************************************************/
1531
1532 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
1533 CTASSERT(_NPCM == 3);
1534 CTASSERT(_NPCPV == 168);
1535
1536 static __inline struct pv_chunk *
1537 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
1538 {
1539
1540         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
1541 }
1542
1543 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
1544
1545 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
1546 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
1547 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
1548
1549 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
1550
1551 #if 0
1552 #ifdef PV_STATS
1553 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
1554
1555 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
1556         "Current number of pv entry chunks");
1557 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
1558         "Current number of pv entry chunks allocated");
1559 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
1560         "Current number of pv entry chunks frees");
1561 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
1562         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
1563
1564 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
1565 static int pv_entry_spare;
1566
1567 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
1568         "Current number of pv entry frees");
1569 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
1570         "Current number of pv entry allocs");
1571 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
1572         "Current number of pv entries");
1573 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
1574         "Current number of spare pv entries");
1575 #endif
1576 #endif /* 0 */
1577
1578 /*
1579  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
1580  * drastic measures to free some pages so we can allocate
1581  * another pv entry chunk.
1582  *
1583  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
1584  *
1585  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
1586  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
1587  * exacerbating the shortage of free pv entries.
1588  */
1589 static vm_page_t
1590 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
1591 {
1592
1593         panic("RISCVTODO: reclaim_pv_chunk");
1594 }
1595
1596 /*
1597  * free the pv_entry back to the free list
1598  */
1599 static void
1600 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
1601 {
1602         struct pv_chunk *pc;
1603         int idx, field, bit;
1604
1605         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1606         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1607         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
1608         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
1609         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
1610         pc = pv_to_chunk(pv);
1611         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
1612         field = idx / 64;
1613         bit = idx % 64;
1614         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
1615         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
1616             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
1617                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
1618                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
1619                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1620                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1621                 }
1622                 return;
1623         }
1624         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1625         free_pv_chunk(pc);
1626 }
1627
1628 static void
1629 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
1630 {
1631         vm_page_t m;
1632
1633         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1634         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1635         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1636         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
1637         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
1638         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
1639         /* entire chunk is free, return it */
1640         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
1641         dump_drop_page(m->phys_addr);
1642         vm_page_unwire_noq(m);
1643         vm_page_free(m);
1644 }
1645
1646 /*
1647  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
1648  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
1649  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
1650  * returned.
1651  *
1652  * The given PV list lock may be released.
1653  */
1654 static pv_entry_t
1655 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
1656 {
1657         int bit, field;
1658         pv_entry_t pv;
1659         struct pv_chunk *pc;
1660         vm_page_t m;
1661
1662         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1663         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1664         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
1665 retry:
1666         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1667         if (pc != NULL) {
1668                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1669                         if (pc->pc_map[field]) {
1670                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1671                                 break;
1672                         }
1673                 }
1674                 if (field < _NPCM) {
1675                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1676                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1677                         /* If this was the last item, move it to tail */
1678                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
1679                             pc->pc_map[2] == 0) {
1680                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1681                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
1682                                     pc_list);
1683                         }
1684                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1685                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
1686                         return (pv);
1687                 }
1688         }
1689         /* No free items, allocate another chunk */
1690         m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
1691         if (m == NULL) {
1692                 if (lockp == NULL) {
1693                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
1694                         return (NULL);
1695                 }
1696                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1697                 if (m == NULL)
1698                         goto retry;
1699         }
1700         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
1701         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
1702         dump_add_page(m->phys_addr);
1703         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1704         pc->pc_pmap = pmap;
1705         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
1706         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1707         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1708         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1709         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
1710         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1711         pv = &pc->pc_pventry[0];
1712         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1713         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
1714         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
1715         return (pv);
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
1720  * exceeds the given count, "needed".
1721  *
1722  * The given PV list lock may be released.
1723  */
1724 static void
1725 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
1726 {
1727         struct pch new_tail;
1728         struct pv_chunk *pc;
1729         vm_page_t m;
1730         int avail, free;
1731         bool reclaimed;
1732
1733         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1734         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1735         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
1736
1737         /*
1738          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
1739          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
1740          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
1741          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
1742          */
1743         TAILQ_INIT(&new_tail);
1744 retry:
1745         avail = 0;
1746         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
1747                 bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
1748                     sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
1749                 if (free == 0)
1750                         break;
1751                 avail += free;
1752                 if (avail >= needed)
1753                         break;
1754         }
1755         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
1756                 m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED);
1757                 if (m == NULL) {
1758                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
1759                         if (m == NULL)
1760                                 goto retry;
1761                         reclaimed = true;
1762                 }
1763                 /* XXX PV STATS */
1764 #if 0
1765                 dump_add_page(m->phys_addr);
1766 #endif
1767                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
1768                 pc->pc_pmap = pmap;
1769                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
1770                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
1771                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
1772                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1773                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
1774
1775                 /*
1776                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
1777                  * If that chunk contained available entries, we need to
1778                  * re-count the number of available entries.
1779                  */
1780                 if (reclaimed)
1781                         goto retry;
1782         }
1783         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
1784                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
1785                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
1786                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
1787         }
1788 }
1789
1790 /*
1791  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
1792  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
1793  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
1794  * 2MB page mappings.
1795  */
1796 static __inline pv_entry_t
1797 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1798 {
1799         pv_entry_t pv;
1800
1801         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1802         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
1803                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
1804                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1805                         pvh->pv_gen++;
1806                         break;
1807                 }
1808         }
1809         return (pv);
1810 }
1811
1812 /*
1813  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
1814  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
1815  * page mappings.
1816  */
1817 static void
1818 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1819 {
1820         pv_entry_t pv;
1821
1822         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1823
1824         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found for %#lx", va));
1825         free_pv_entry(pmap, pv);
1826 }
1827
1828 /*
1829  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
1830  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
1831  */
1832 static boolean_t
1833 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1834     struct rwlock **lockp)
1835 {
1836         pv_entry_t pv;
1837
1838         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1839         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1840         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1841         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
1842                 pv->pv_va = va;
1843                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
1844                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1845                 m->md.pv_gen++;
1846                 return (TRUE);
1847         } else
1848                 return (FALSE);
1849 }
1850
1851 /*
1852  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
1853  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
1854  * entries for each of the 4KB page mappings.
1855  */
1856 static void __unused
1857 pmap_pv_demote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1858     struct rwlock **lockp)
1859 {
1860         struct md_page *pvh;
1861         struct pv_chunk *pc;
1862         pv_entry_t pv;
1863         vm_page_t m;
1864         vm_offset_t va_last;
1865         int bit, field;
1866
1867         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1868         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1869         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1870
1871         /*
1872          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
1873          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
1874          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
1875          */
1876         pvh = pa_to_pvh(pa);
1877         va &= ~L2_OFFSET;
1878         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
1879         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_l2: pv not found"));
1880         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1881         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1882         m->md.pv_gen++;
1883         /* Instantiate the remaining 511 pv entries. */
1884         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1885         for (;;) {
1886                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
1887                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
1888                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_l2: missing spare"));
1889                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
1890                         while (pc->pc_map[field] != 0) {
1891                                 bit = ffsl(pc->pc_map[field]) - 1;
1892                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
1893                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
1894                                 va += PAGE_SIZE;
1895                                 pv->pv_va = va;
1896                                 m++;
1897                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
1898                             ("pmap_pv_demote_l2: page %p is not managed", m));
1899                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
1900                                 m->md.pv_gen++;
1901                                 if (va == va_last)
1902                                         goto out;
1903                         }
1904                 }
1905                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1906                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1907         }
1908 out:
1909         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
1910                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1911                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
1912         }
1913         /* XXX PV stats */
1914 }
1915
1916 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1917 static void
1918 pmap_pv_promote_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1919     struct rwlock **lockp)
1920 {
1921         struct md_page *pvh;
1922         pv_entry_t pv;
1923         vm_page_t m;
1924         vm_offset_t va_last;
1925
1926         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
1927         KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
1928             ("pmap_pv_promote_l2: misaligned va %#lx", va));
1929
1930         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1931
1932         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
1933         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
1934         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_l2: pv for %#lx not found", va));
1935         pvh = pa_to_pvh(pa);
1936         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1937         pvh->pv_gen++;
1938
1939         va_last = va + L2_SIZE - PAGE_SIZE;
1940         do {
1941                 m++;
1942                 va += PAGE_SIZE;
1943                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
1944         } while (va < va_last);
1945 }
1946 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
1947
1948 /*
1949  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
1950  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
1951  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
1952  */
1953 static bool
1954 pmap_pv_insert_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t l2e, u_int flags,
1955     struct rwlock **lockp)
1956 {
1957         struct md_page *pvh;
1958         pv_entry_t pv;
1959         vm_paddr_t pa;
1960
1961         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1962         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
1963         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
1964             NULL : lockp)) == NULL)
1965                 return (false);
1966         pv->pv_va = va;
1967         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
1968         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
1969         pvh = pa_to_pvh(pa);
1970         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
1971         pvh->pv_gen++;
1972         return (true);
1973 }
1974
1975 static void
1976 pmap_remove_kernel_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t va)
1977 {
1978         pt_entry_t newl2, oldl2;
1979         vm_page_t ml3;
1980         vm_paddr_t ml3pa;
1981
1982         KASSERT(!VIRT_IN_DMAP(va), ("removing direct mapping of %#lx", va));
1983         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
1984         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1985
1986         ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
1987         if (ml3 == NULL)
1988                 panic("pmap_remove_kernel_l2: Missing pt page");
1989
1990         ml3pa = VM_PAGE_TO_PHYS(ml3);
1991         newl2 = ml3pa | PTE_V;
1992
1993         /*
1994          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
1995          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
1996          */
1997         if (ml3->valid != 0)
1998                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(ml3pa));
1999
2000         /*
2001          * Demote the mapping.
2002          */
2003         oldl2 = pmap_load_store(l2, newl2);
2004         KASSERT(oldl2 == 0, ("%s: found existing mapping at %p: %#lx",
2005             __func__, l2, oldl2));
2006 }
2007
2008 /*
2009  * pmap_remove_l2: Do the things to unmap a level 2 superpage.
2010  */
2011 static int
2012 pmap_remove_l2(pmap_t pmap, pt_entry_t *l2, vm_offset_t sva,
2013     pd_entry_t l1e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2014 {
2015         struct md_page *pvh;
2016         pt_entry_t oldl2;
2017         vm_offset_t eva, va;
2018         vm_page_t m, ml3;
2019
2020         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2021         KASSERT((sva & L2_OFFSET) == 0, ("pmap_remove_l2: sva is not aligned"));
2022         oldl2 = pmap_load_clear(l2);
2023         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2024             ("pmap_remove_l2: L2e %lx is not a superpage mapping", oldl2));
2025
2026         /*
2027          * The sfence.vma documentation states that it is sufficient to specify
2028          * a single address within a superpage mapping.  However, since we do
2029          * not perform any invalidation upon promotion, TLBs may still be
2030          * caching 4KB mappings within the superpage, so we must invalidate the
2031          * entire range.
2032          */
2033         pmap_invalidate_range(pmap, sva, sva + L2_SIZE);
2034         if ((oldl2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2035                 pmap->pm_stats.wired_count -= L2_SIZE / PAGE_SIZE;
2036         pmap_resident_count_dec(pmap, L2_SIZE / PAGE_SIZE);
2037         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2038                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, PTE_TO_PHYS(oldl2));
2039                 pvh = pa_to_pvh(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2040                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
2041                 eva = sva + L2_SIZE;
2042                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(oldl2));
2043                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
2044                         if ((oldl2 & PTE_D) != 0)
2045                                 vm_page_dirty(m);
2046                         if ((oldl2 & PTE_A) != 0)
2047                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2048                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2049                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2050                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2051                 }
2052         }
2053         if (pmap == kernel_pmap) {
2054                 pmap_remove_kernel_l2(pmap, l2, sva);
2055         } else {
2056                 ml3 = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
2057                 if (ml3 != NULL) {
2058                         KASSERT(ml3->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
2059                             ("pmap_remove_l2: l3 page not promoted"));
2060                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2061                         KASSERT(ml3->ref_count == Ln_ENTRIES,
2062                             ("pmap_remove_l2: l3 page ref count error"));
2063                         ml3->ref_count = 1;
2064                         vm_page_unwire_noq(ml3);
2065                         pmap_add_delayed_free_list(ml3, free, FALSE);
2066                 }
2067         }
2068         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, l1e, free));
2069 }
2070
2071 /*
2072  * pmap_remove_l3: do the things to unmap a page in a process
2073  */
2074 static int
2075 pmap_remove_l3(pmap_t pmap, pt_entry_t *l3, vm_offset_t va, 
2076     pd_entry_t l2e, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
2077 {
2078         struct md_page *pvh;
2079         pt_entry_t old_l3;
2080         vm_paddr_t phys;
2081         vm_page_t m;
2082
2083         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2084         old_l3 = pmap_load_clear(l3);
2085         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2086         if (old_l3 & PTE_SW_WIRED)
2087                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
2088         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2089         if (old_l3 & PTE_SW_MANAGED) {
2090                 phys = PTE_TO_PHYS(old_l3);
2091                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
2092                 if ((old_l3 & PTE_D) != 0)
2093                         vm_page_dirty(m);
2094                 if (old_l3 & PTE_A)
2095                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2096                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2097                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2098                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2099                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2100                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2101                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
2102                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2103                 }
2104         }
2105
2106         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, l2e, free));
2107 }
2108
2109 /*
2110  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
2111  *
2112  *      It is assumed that the start and end are properly
2113  *      rounded to the page size.
2114  */
2115 void
2116 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2117 {
2118         struct spglist free;
2119         struct rwlock *lock;
2120         vm_offset_t va, va_next;
2121         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2122         pt_entry_t *l3;
2123
2124         /*
2125          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
2126          */
2127         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2128                 return;
2129
2130         SLIST_INIT(&free);
2131
2132         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2133         PMAP_LOCK(pmap);
2134
2135         lock = NULL;
2136         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2137                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
2138                         break;
2139
2140                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2141                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2142                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2143                         if (va_next < sva)
2144                                 va_next = eva;
2145                         continue;
2146                 }
2147
2148                 /*
2149                  * Calculate index for next page table.
2150                  */
2151                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2152                 if (va_next < sva)
2153                         va_next = eva;
2154
2155                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2156                 if (l2 == NULL)
2157                         continue;
2158                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2159                         continue;
2160                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2161                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2162                                 (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, sva,
2163                                     pmap_load(l1), &free, &lock);
2164                                 continue;
2165                         } else if (!pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, sva,
2166                             &lock)) {
2167                                 /*
2168                                  * The large page mapping was destroyed.
2169                                  */
2170                                 continue;
2171                         }
2172                         l2e = pmap_load(l2);
2173                 }
2174
2175                 /*
2176                  * Limit our scan to either the end of the va represented
2177                  * by the current page table page, or to the end of the
2178                  * range being removed.
2179                  */
2180                 if (va_next > eva)
2181                         va_next = eva;
2182
2183                 va = va_next;
2184                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2185                     sva += L3_SIZE) {
2186                         if (pmap_load(l3) == 0) {
2187                                 if (va != va_next) {
2188                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2189                                         va = va_next;
2190                                 }
2191                                 continue;
2192                         }
2193                         if (va == va_next)
2194                                 va = sva;
2195                         if (pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, l2e, &free, &lock)) {
2196                                 sva += L3_SIZE;
2197                                 break;
2198                         }
2199                 }
2200                 if (va != va_next)
2201                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
2202         }
2203         if (lock != NULL)
2204                 rw_wunlock(lock);
2205         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2206         PMAP_UNLOCK(pmap);
2207         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2208 }
2209
2210 /*
2211  *      Routine:        pmap_remove_all
2212  *      Function:
2213  *              Removes this physical page from
2214  *              all physical maps in which it resides.
2215  *              Reflects back modify bits to the pager.
2216  *
2217  *      Notes:
2218  *              Original versions of this routine were very
2219  *              inefficient because they iteratively called
2220  *              pmap_remove (slow...)
2221  */
2222
2223 void
2224 pmap_remove_all(vm_page_t m)
2225 {
2226         struct spglist free;
2227         struct md_page *pvh;
2228         pmap_t pmap;
2229         pt_entry_t *l3, l3e;
2230         pd_entry_t *l2, l2e;
2231         pv_entry_t pv;
2232         vm_offset_t va;
2233
2234         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2235             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
2236         SLIST_INIT(&free);
2237         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
2238             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2239
2240         rw_wlock(&pvh_global_lock);
2241         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
2242                 pmap = PV_PMAP(pv);
2243                 PMAP_LOCK(pmap);
2244                 va = pv->pv_va;
2245                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
2246                 (void)pmap_demote_l2(pmap, l2, va);
2247                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2248         }
2249         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
2250                 pmap = PV_PMAP(pv);
2251                 PMAP_LOCK(pmap);
2252                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2253                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
2254                 KASSERT(l2 != NULL, ("pmap_remove_all: no l2 table found"));
2255                 l2e = pmap_load(l2);
2256
2257                 KASSERT((l2e & PTE_RX) == 0,
2258                     ("pmap_remove_all: found a superpage in %p's pv list", m));
2259
2260                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
2261                 l3e = pmap_load_clear(l3);
2262                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
2263                 if (l3e & PTE_SW_WIRED)
2264                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2265                 if ((l3e & PTE_A) != 0)
2266                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2267
2268                 /*
2269                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
2270                  */
2271                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
2272                         vm_page_dirty(m);
2273                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, pmap_load(l2), &free);
2274                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2275                 m->md.pv_gen++;
2276                 free_pv_entry(pmap, pv);
2277                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2278         }
2279         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
2280         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
2281         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
2282 }
2283
2284 /*
2285  *      Set the physical protection on the
2286  *      specified range of this map as requested.
2287  */
2288 void
2289 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
2290 {
2291         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2292         pt_entry_t *l3, l3e, mask;
2293         vm_page_t m, mt;
2294         vm_paddr_t pa;
2295         vm_offset_t va_next;
2296         bool anychanged, pv_lists_locked;
2297
2298         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
2299                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
2300                 return;
2301         }
2302
2303         if ((prot & (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE)) ==
2304             (VM_PROT_WRITE | VM_PROT_EXECUTE))
2305                 return;
2306
2307         anychanged = false;
2308         pv_lists_locked = false;
2309         mask = 0;
2310         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
2311                 mask |= PTE_W | PTE_D;
2312         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
2313                 mask |= PTE_X;
2314 resume:
2315         PMAP_LOCK(pmap);
2316         for (; sva < eva; sva = va_next) {
2317                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
2318                 if (pmap_load(l1) == 0) {
2319                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
2320                         if (va_next < sva)
2321                                 va_next = eva;
2322                         continue;
2323                 }
2324
2325                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
2326                 if (va_next < sva)
2327                         va_next = eva;
2328
2329                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
2330                 if (l2 == NULL || (l2e = pmap_load(l2)) == 0)
2331                         continue;
2332                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
2333                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
2334 retryl2:
2335                                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2336                                     (l2e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2337                                     (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2338                                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
2339                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2340                                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
2341                                                 vm_page_dirty(mt);
2342                                 }
2343                                 if (!atomic_fcmpset_long(l2, &l2e, l2e & ~mask))
2344                                         goto retryl2;
2345                                 anychanged = true;
2346                                 continue;
2347                         } else {
2348                                 if (!pv_lists_locked) {
2349                                         pv_lists_locked = true;
2350                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
2351                                                 if (anychanged)
2352                                                         pmap_invalidate_all(
2353                                                             pmap);
2354                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
2355                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
2356                                                 goto resume;
2357                                         }
2358                                 }
2359                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva)) {
2360                                         /*
2361                                          * The large page mapping was destroyed.
2362                                          */
2363                                         continue;
2364                                 }
2365                         }
2366                 }
2367
2368                 if (va_next > eva)
2369                         va_next = eva;
2370
2371                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
2372                     sva += L3_SIZE) {
2373                         l3e = pmap_load(l3);
2374 retryl3:
2375                         if ((l3e & PTE_V) == 0)
2376                                 continue;
2377                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0 &&
2378                             (l3e & (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) ==
2379                             (PTE_SW_MANAGED | PTE_D)) {
2380                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(l3e));
2381                                 vm_page_dirty(m);
2382                         }
2383                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &l3e, l3e & ~mask))
2384                                 goto retryl3;
2385                         anychanged = true;
2386                 }
2387         }
2388         if (anychanged)
2389                 pmap_invalidate_all(pmap);
2390         if (pv_lists_locked)
2391                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
2392         PMAP_UNLOCK(pmap);
2393 }
2394
2395 int
2396 pmap_fault(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t ftype)
2397 {
2398         pd_entry_t *l2, l2e;
2399         pt_entry_t bits, *pte, oldpte;
2400         int rv;
2401
2402         rv = 0;
2403         PMAP_LOCK(pmap);
2404         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2405         if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
2406                 goto done;
2407         if ((l2e & PTE_RWX) == 0) {
2408                 pte = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2409                 if (pte == NULL || ((oldpte = pmap_load(pte)) & PTE_V) == 0)
2410                         goto done;
2411         } else {
2412                 pte = l2;
2413                 oldpte = l2e;
2414         }
2415
2416         if ((pmap != kernel_pmap && (oldpte & PTE_U) == 0) ||
2417             (ftype == VM_PROT_WRITE && (oldpte & PTE_W) == 0) ||
2418             (ftype == VM_PROT_EXECUTE && (oldpte & PTE_X) == 0) ||
2419             (ftype == VM_PROT_READ && (oldpte & PTE_R) == 0))
2420                 goto done;
2421
2422         bits = PTE_A;
2423         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
2424                 bits |= PTE_D;
2425
2426         /*
2427          * Spurious faults can occur if the implementation caches invalid
2428          * entries in the TLB, or if simultaneous accesses on multiple CPUs
2429          * race with each other.
2430          */
2431         if ((oldpte & bits) != bits)
2432                 pmap_store_bits(pte, bits);
2433         sfence_vma();
2434         rv = 1;
2435 done:
2436         PMAP_UNLOCK(pmap);
2437         return (rv);
2438 }
2439
2440 static bool
2441 pmap_demote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va)
2442 {
2443         struct rwlock *lock;
2444         bool rv;
2445
2446         lock = NULL;
2447         rv = pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
2448         if (lock != NULL)
2449                 rw_wunlock(lock);
2450         return (rv);
2451 }
2452
2453 /*
2454  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2455  * mapping is invalidated.
2456  */
2457 static bool
2458 pmap_demote_l2_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2459     struct rwlock **lockp)
2460 {
2461         struct spglist free;
2462         vm_page_t mpte;
2463         pd_entry_t newl2, oldl2;
2464         pt_entry_t *firstl3, newl3;
2465         vm_paddr_t mptepa;
2466         int i;
2467
2468         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2469
2470         oldl2 = pmap_load(l2);
2471         KASSERT((oldl2 & PTE_RWX) != 0,
2472             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is not a leaf entry"));
2473         if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
2474             NULL) {
2475                 if ((oldl2 & PTE_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc_noobj(
2476                     (VIRT_IN_DMAP(va) ? VM_ALLOC_INTERRUPT : 0) |
2477                     VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2478                         SLIST_INIT(&free);
2479                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va & ~L2_OFFSET,
2480                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2481                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2482                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: "
2483                             "failure for va %#lx in pmap %p", va, pmap);
2484                         return (false);
2485                 }
2486                 mpte->pindex = pmap_l2_pindex(va);
2487                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2488                         mpte->ref_count = Ln_ENTRIES;
2489                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2490                 }
2491         }
2492         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2493         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2494         newl2 = ((mptepa / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) | PTE_V;
2495         KASSERT((oldl2 & PTE_A) != 0,
2496             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_A"));
2497         KASSERT((oldl2 & (PTE_D | PTE_W)) != PTE_W,
2498             ("pmap_demote_l2_locked: oldl2 is missing PTE_D"));
2499         newl3 = oldl2;
2500
2501         /*
2502          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
2503          * initialize it.
2504          */
2505         if (mpte->valid == 0) {
2506                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2507                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2508         }
2509         KASSERT(PTE_TO_PHYS(pmap_load(firstl3)) == PTE_TO_PHYS(newl3),
2510             ("pmap_demote_l2_locked: firstl3 and newl3 map different physical "
2511             "addresses"));
2512
2513         /*
2514          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2515          * entries.
2516          */
2517         if ((pmap_load(firstl3) & PTE_PROMOTE) != (newl3 & PTE_PROMOTE))
2518                 for (i = 0; i < Ln_ENTRIES; i++)
2519                         pmap_store(firstl3 + i, newl3 + (i << PTE_PPN0_S));
2520
2521         /*
2522          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2523          * mapping, that is, prior to changing the L2 entry.  Otherwise, the
2524          * state of the L2 entry and the PV lists will be inconsistent, which
2525          * can result in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from
2526          * the wrong PV list and pmap_pv_demote_l2() failing to find the
2527          * expected PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2528          */
2529         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2530                 reserve_pv_entries(pmap, Ln_ENTRIES - 1, lockp);
2531
2532         /*
2533          * Demote the mapping.
2534          */
2535         pmap_store(l2, newl2);
2536
2537         /*
2538          * Demote the PV entry.
2539          */
2540         if ((oldl2 & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2541                 pmap_pv_demote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(oldl2), lockp);
2542
2543         atomic_add_long(&pmap_l2_demotions, 1);
2544         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_l2_locked: success for va %#lx in pmap %p",
2545             va, pmap);
2546         return (true);
2547 }
2548
2549 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2550 static void
2551 pmap_promote_l2(pmap_t pmap, pd_entry_t *l2, vm_offset_t va,
2552     struct rwlock **lockp)
2553 {
2554         pt_entry_t *firstl3, firstl3e, *l3, l3e;
2555         vm_paddr_t pa;
2556         vm_page_t ml3;
2557
2558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2559
2560         va &= ~L2_OFFSET;
2561         KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
2562             ("pmap_promote_l2: invalid l2 entry %p", l2));
2563
2564         firstl3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2565         firstl3e = pmap_load(firstl3);
2566         pa = PTE_TO_PHYS(firstl3e);
2567         if ((pa & L2_OFFSET) != 0) {
2568                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2569                     va, pmap);
2570                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2571                 return;
2572         }
2573
2574         /*
2575          * Downgrade a clean, writable mapping to read-only to ensure that the
2576          * hardware does not set PTE_D while we are comparing PTEs.
2577          *
2578          * Upon a write access to a clean mapping, the implementation will
2579          * either atomically check protections and set PTE_D, or raise a page
2580          * fault.  In the latter case, the pmap lock provides atomicity.  Thus,
2581          * we do not issue an sfence.vma here and instead rely on pmap_fault()
2582          * to do so lazily.
2583          */
2584         while ((firstl3e & (PTE_W | PTE_D)) == PTE_W) {
2585                 if (atomic_fcmpset_64(firstl3, &firstl3e, firstl3e & ~PTE_W)) {
2586                         firstl3e &= ~PTE_W;
2587                         break;
2588                 }
2589         }
2590
2591         pa += PAGE_SIZE;
2592         for (l3 = firstl3 + 1; l3 < firstl3 + Ln_ENTRIES; l3++) {
2593                 l3e = pmap_load(l3);
2594                 if (PTE_TO_PHYS(l3e) != pa) {
2595                         CTR2(KTR_PMAP,
2596                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2597                             va, pmap);
2598                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2599                         return;
2600                 }
2601                 while ((l3e & (PTE_W | PTE_D)) == PTE_W) {
2602                         if (atomic_fcmpset_64(l3, &l3e, l3e & ~PTE_W)) {
2603                                 l3e &= ~PTE_W;
2604                                 break;
2605                         }
2606                 }
2607                 if ((l3e & PTE_PROMOTE) != (firstl3e & PTE_PROMOTE)) {
2608                         CTR2(KTR_PMAP,
2609                             "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2610                             va, pmap);
2611                         atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2612                         return;
2613                 }
2614                 pa += PAGE_SIZE;
2615         }
2616
2617         ml3 = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2618         KASSERT(ml3->pindex == pmap_l2_pindex(va),
2619             ("pmap_promote_l2: page table page's pindex is wrong"));
2620         if (pmap_insert_pt_page(pmap, ml3, true)) {
2621                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: failure for va %#lx pmap %p",
2622                     va, pmap);
2623                 atomic_add_long(&pmap_l2_p_failures, 1);
2624                 return;
2625         }
2626
2627         if ((firstl3e & PTE_SW_MANAGED) != 0)
2628                 pmap_pv_promote_l2(pmap, va, PTE_TO_PHYS(firstl3e), lockp);
2629
2630         pmap_store(l2, firstl3e);
2631
2632         atomic_add_long(&pmap_l2_promotions, 1);
2633         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_l2: success for va %#lx in pmap %p", va,
2634             pmap);
2635 }
2636 #endif
2637
2638 /*
2639  *      Insert the given physical page (p) at
2640  *      the specified virtual address (v) in the
2641  *      target physical map with the protection requested.
2642  *
2643  *      If specified, the page will be wired down, meaning
2644  *      that the related pte can not be reclaimed.
2645  *
2646  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
2647  *      or lose information.  That is, this routine must actually
2648  *      insert this page into the given map NOW.
2649  */
2650 int
2651 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2652     u_int flags, int8_t psind)
2653 {
2654         struct rwlock *lock;
2655         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
2656         pt_entry_t new_l3, orig_l3;
2657         pt_entry_t *l3;
2658         pv_entry_t pv;
2659         vm_paddr_t opa, pa, l2_pa, l3_pa;
2660         vm_page_t mpte, om, l2_m, l3_m;
2661         pt_entry_t entry;
2662         pn_t l2_pn, l3_pn, pn;
2663         int rv;
2664         bool nosleep;
2665
2666         va = trunc_page(va);
2667         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2668                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
2669         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2670         pn = (pa / PAGE_SIZE);
2671
2672         new_l3 = PTE_V | PTE_R | PTE_A;
2673         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2674                 new_l3 |= PTE_X;
2675         if (flags & VM_PROT_WRITE)
2676                 new_l3 |= PTE_D;
2677         if (prot & VM_PROT_WRITE)
2678                 new_l3 |= PTE_W;
2679         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
2680                 new_l3 |= PTE_U;
2681
2682         new_l3 |= (pn << PTE_PPN0_S);
2683         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
2684                 new_l3 |= PTE_SW_WIRED;
2685
2686         /*
2687          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
2688          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
2689          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
2690          */
2691         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
2692                 if (prot & VM_PROT_WRITE)
2693                         new_l3 |= PTE_D;
2694         } else
2695                 new_l3 |= PTE_SW_MANAGED;
2696
2697         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter: %.16lx -> %.16lx", va, pa);
2698
2699         lock = NULL;
2700         mpte = NULL;
2701         rw_rlock(&pvh_global_lock);
2702         PMAP_LOCK(pmap);
2703         if (psind == 1) {
2704                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */
2705                 KASSERT((va & L2_OFFSET) == 0,
2706                     ("pmap_enter: va %#lx unaligned", va));
2707                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
2708                 rv = pmap_enter_l2(pmap, va, new_l3, flags, m, &lock);
2709                 goto out;
2710         }
2711
2712         l2 = pmap_l2(pmap, va);
2713         if (l2 != NULL && ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0 &&
2714             ((l2e & PTE_RWX) == 0 || pmap_demote_l2_locked(pmap, l2,
2715             va, &lock))) {
2716                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2717                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2718                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
2719                         mpte->ref_count++;
2720                 }
2721         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2722                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
2723                 mpte = pmap_alloc_l3(pmap, va, nosleep ? NULL : &lock);
2724                 if (mpte == NULL && nosleep) {
2725                         CTR0(KTR_PMAP, "pmap_enter: mpte == NULL");
2726                         if (lock != NULL)
2727                                 rw_wunlock(lock);
2728                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2729                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2730                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2731                 }
2732                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2733         } else {
2734                 l3 = pmap_l3(pmap, va);
2735                 /* TODO: This is not optimal, but should mostly work */
2736                 if (l3 == NULL) {
2737                         if (l2 == NULL) {
2738                                 l2_m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED |
2739                                     VM_ALLOC_ZERO);
2740                                 if (l2_m == NULL)
2741                                         panic("pmap_enter: l2 pte_m == NULL");
2742
2743                                 l2_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l2_m);
2744                                 l2_pn = (l2_pa / PAGE_SIZE);
2745
2746                                 l1 = pmap_l1(pmap, va);
2747                                 entry = (PTE_V);
2748                                 entry |= (l2_pn << PTE_PPN0_S);
2749                                 pmap_store(l1, entry);
2750                                 pmap_distribute_l1(pmap, pmap_l1_index(va), entry);
2751                                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, va);
2752                         }
2753
2754                         l3_m = vm_page_alloc_noobj(VM_ALLOC_WIRED |
2755                             VM_ALLOC_ZERO);
2756                         if (l3_m == NULL)
2757                                 panic("pmap_enter: l3 pte_m == NULL");
2758
2759                         l3_pa = VM_PAGE_TO_PHYS(l3_m);
2760                         l3_pn = (l3_pa / PAGE_SIZE);
2761                         entry = (PTE_V);
2762                         entry |= (l3_pn << PTE_PPN0_S);
2763                         pmap_store(l2, entry);
2764                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
2765                 }
2766                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2767         }
2768
2769         orig_l3 = pmap_load(l3);
2770         opa = PTE_TO_PHYS(orig_l3);
2771         pv = NULL;
2772
2773         /*
2774          * Is the specified virtual address already mapped?
2775          */
2776         if ((orig_l3 & PTE_V) != 0) {
2777                 /*
2778                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
2779                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
2780                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
2781                  * the PT page will be also.
2782                  */
2783                 if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0 &&
2784                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) == 0)
2785                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2786                 else if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) == 0 &&
2787                     (orig_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2788                         pmap->pm_stats.wired_count--;
2789
2790                 /*
2791                  * Remove the extra PT page reference.
2792                  */
2793                 if (mpte != NULL) {
2794                         mpte->ref_count--;
2795                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
2796                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
2797                              " va: 0x%lx", va));
2798                 }
2799
2800                 /*
2801                  * Has the physical page changed?
2802                  */
2803                 if (opa == pa) {
2804                         /*
2805                          * No, might be a protection or wiring change.
2806                          */
2807                         if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0 &&
2808                             (new_l3 & PTE_W) != 0)
2809                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2810                         goto validate;
2811                 }
2812
2813                 /*
2814                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
2815                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
2816                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
2817                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
2818                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
2819                  * avoiding an allocation.
2820                  *
2821                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
2822                  */
2823                 orig_l3 = pmap_load_clear(l3);
2824                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == opa,
2825                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
2826                 if ((orig_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2827                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
2828
2829                         /*
2830                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
2831                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
2832                          * pmap_ts_referenced().
2833                          */
2834                         if ((orig_l3 & PTE_D) != 0)
2835                                 vm_page_dirty(om);
2836                         if ((orig_l3 & PTE_A) != 0)
2837                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
2838                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
2839                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
2840                         KASSERT(pv != NULL,
2841                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
2842                         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) == 0)
2843                                 free_pv_entry(pmap, pv);
2844                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
2845                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
2846                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
2847                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
2848                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
2849                 }
2850                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2851                 orig_l3 = 0;
2852         } else {
2853                 /*
2854                  * Increment the counters.
2855                  */
2856                 if ((new_l3 & PTE_SW_WIRED) != 0)
2857                         pmap->pm_stats.wired_count++;
2858                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2859         }
2860         /*
2861          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
2862          */
2863         if ((new_l3 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
2864                 if (pv == NULL) {
2865                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
2866                         pv->pv_va = va;
2867                 }
2868                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
2869                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2870                 m->md.pv_gen++;
2871                 if ((new_l3 & PTE_W) != 0)
2872                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
2873         }
2874
2875 validate:
2876         /*
2877          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
2878          * if the new PTE is executable.
2879          */
2880         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
2881                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
2882
2883         /*
2884          * Update the L3 entry.
2885          */
2886         if (orig_l3 != 0) {
2887                 orig_l3 = pmap_load_store(l3, new_l3);
2888                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2889                 KASSERT(PTE_TO_PHYS(orig_l3) == pa,
2890                     ("pmap_enter: invalid update"));
2891                 if ((orig_l3 & (PTE_D | PTE_SW_MANAGED)) ==
2892                     (PTE_D | PTE_SW_MANAGED))
2893                         vm_page_dirty(m);
2894         } else {
2895                 pmap_store(l3, new_l3);
2896         }
2897
2898 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
2899         if (mpte != NULL && mpte->ref_count == Ln_ENTRIES &&
2900             pmap_ps_enabled(pmap) &&
2901             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
2902             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
2903                 pmap_promote_l2(pmap, l2, va, &lock);
2904 #endif
2905
2906         rv = KERN_SUCCESS;
2907 out:
2908         if (lock != NULL)
2909                 rw_wunlock(lock);
2910         rw_runlock(&pvh_global_lock);
2911         PMAP_UNLOCK(pmap);
2912         return (rv);
2913 }
2914
2915 /*
2916  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
2917  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
2918  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
2919  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
2920  * PV entry.
2921  */
2922 static bool
2923 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
2924     struct rwlock **lockp)
2925 {
2926         pd_entry_t new_l2;
2927         pn_t pn;
2928
2929         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2930
2931         pn = VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE;
2932         new_l2 = (pd_entry_t)((pn << PTE_PPN0_S) | PTE_R | PTE_V);
2933         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
2934                 new_l2 |= PTE_SW_MANAGED;
2935         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
2936                 new_l2 |= PTE_X;
2937         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2938                 new_l2 |= PTE_U;
2939         return (pmap_enter_l2(pmap, va, new_l2, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
2940             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
2941             KERN_SUCCESS);
2942 }
2943
2944 /*
2945  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
2946  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
2947  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
2948  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
2949  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
2950  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
2951  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
2952  *
2953  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
2954  */
2955 static int
2956 pmap_enter_l2(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t new_l2, u_int flags,
2957     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
2958 {
2959         struct spglist free;
2960         pd_entry_t *l2, *l3, oldl2;
2961         vm_offset_t sva;
2962         vm_page_t l2pg, mt;
2963
2964         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2965
2966         if ((l2pg = pmap_alloc_l2(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
2967             NULL : lockp)) == NULL) {
2968                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2969                     va, pmap);
2970                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
2971         }
2972
2973         l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(l2pg));
2974         l2 = &l2[pmap_l2_index(va)];
2975         if ((oldl2 = pmap_load(l2)) != 0) {
2976                 KASSERT(l2pg->ref_count > 1,
2977                     ("pmap_enter_l2: l2pg's ref count is too low"));
2978                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
2979                         l2pg->ref_count--;
2980                         CTR2(KTR_PMAP,
2981                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
2982                             va, pmap);
2983                         return (KERN_FAILURE);
2984                 }
2985                 SLIST_INIT(&free);
2986                 if ((oldl2 & PTE_RWX) != 0)
2987                         (void)pmap_remove_l2(pmap, l2, va,
2988                             pmap_load(pmap_l1(pmap, va)), &free, lockp);
2989                 else
2990                         for (sva = va; sva < va + L2_SIZE; sva += PAGE_SIZE) {
2991                                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva);
2992                                 if ((pmap_load(l3) & PTE_V) != 0 &&
2993                                     pmap_remove_l3(pmap, l3, sva, oldl2, &free,
2994                                     lockp) != 0)
2995                                         break;
2996                         }
2997                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
2998                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2999                         /*
3000                          * Both pmap_remove_l2() and pmap_remove_l3() will
3001                          * leave the kernel page table page zero filled.
3002                          */
3003                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2)));
3004                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
3005                                 panic("pmap_enter_l2: trie insert failed");
3006                 } else
3007                         KASSERT(pmap_load(l2) == 0,
3008                             ("pmap_enter_l2: non-zero L2 entry %p", l2));
3009         }
3010
3011         if ((new_l2 & PTE_SW_MANAGED) != 0) {
3012                 /*
3013                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3014                  */
3015                 if (!pmap_pv_insert_l2(pmap, va, new_l2, flags, lockp)) {
3016                         SLIST_INIT(&free);
3017                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, l2pg, &free)) {
3018                                 /*
3019                                  * Although "va" is not mapped, paging-structure
3020                                  * caches could nonetheless have entries that
3021                                  * refer to the freed page table pages.
3022                                  * Invalidate those entries.
3023                                  */
3024                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3025                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3026                         }
3027                         CTR2(KTR_PMAP,
3028                             "pmap_enter_l2: failure for va %#lx in pmap %p",
3029                             va, pmap);
3030                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
3031                 }
3032                 if ((new_l2 & PTE_W) != 0)
3033                         for (mt = m; mt < &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE]; mt++)
3034                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
3035         }
3036
3037         /*
3038          * Increment counters.
3039          */
3040         if ((new_l2 & PTE_SW_WIRED) != 0)
3041                 pmap->pm_stats.wired_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3042         pmap->pm_stats.resident_count += L2_SIZE / PAGE_SIZE;
3043
3044         /*
3045          * Map the superpage.
3046          */
3047         pmap_store(l2, new_l2);
3048
3049         atomic_add_long(&pmap_l2_mappings, 1);
3050         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_l2: success for va %#lx in pmap %p",
3051             va, pmap);
3052
3053         return (KERN_SUCCESS);
3054 }
3055
3056 /*
3057  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3058  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3059  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3060  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3061  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3062  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3063  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3064  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3065  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3066  * corresponding offset from m_start are mapped.
3067  */
3068 void
3069 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3070     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3071 {
3072         struct rwlock *lock;
3073         vm_offset_t va;
3074         vm_page_t m, mpte;
3075         vm_pindex_t diff, psize;
3076
3077         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3078
3079         psize = atop(end - start);
3080         mpte = NULL;
3081         m = m_start;
3082         lock = NULL;
3083         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3084         PMAP_LOCK(pmap);
3085         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3086                 va = start + ptoa(diff);
3087                 if ((va & L2_OFFSET) == 0 && va + L2_SIZE <= end &&
3088                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
3089                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
3090                         m = &m[L2_SIZE / PAGE_SIZE - 1];
3091                 else
3092                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, mpte,
3093                             &lock);
3094                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
3095         }
3096         if (lock != NULL)
3097                 rw_wunlock(lock);
3098         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3099         PMAP_UNLOCK(pmap);
3100 }
3101
3102 /*
3103  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
3104  * 1. Current pmap & pmap exists.
3105  * 2. Not wired.
3106  * 3. Read access.
3107  * 4. No page table pages.
3108  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
3109  */
3110
3111 void
3112 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
3113 {
3114         struct rwlock *lock;
3115
3116         lock = NULL;
3117         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3118         PMAP_LOCK(pmap);
3119         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
3120         if (lock != NULL)
3121                 rw_wunlock(lock);
3122         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3123         PMAP_UNLOCK(pmap);
3124 }
3125
3126 static vm_page_t
3127 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3128     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
3129 {
3130         struct spglist free;
3131         vm_paddr_t phys;
3132         pd_entry_t *l2;
3133         pt_entry_t *l3, newl3;
3134
3135         KASSERT(!VA_IS_CLEANMAP(va) ||
3136             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
3137             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
3138         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3139         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3140
3141         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_quick_locked: %p %lx", pmap, va);
3142         /*
3143          * In the case that a page table page is not
3144          * resident, we are creating it here.
3145          */
3146         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3147                 vm_pindex_t l2pindex;
3148
3149                 /*
3150                  * Calculate pagetable page index
3151                  */
3152                 l2pindex = pmap_l2_pindex(va);
3153                 if (mpte && (mpte->pindex == l2pindex)) {
3154                         mpte->ref_count++;
3155                 } else {
3156                         /*
3157                          * Get the l2 entry
3158                          */
3159                         l2 = pmap_l2(pmap, va);
3160
3161                         /*
3162                          * If the page table page is mapped, we just increment
3163                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
3164                          * attempt to allocate a page table page.  If this
3165                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
3166                          */
3167                         if (l2 != NULL && pmap_load(l2) != 0) {
3168                                 phys = PTE_TO_PHYS(pmap_load(l2));
3169                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(phys);
3170                                 mpte->ref_count++;
3171                         } else {
3172                                 /*
3173                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
3174                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
3175                                  */
3176                                 mpte = _pmap_alloc_l3(pmap, l2pindex, NULL);
3177                                 if (mpte == NULL)
3178                                         return (mpte);
3179                         }
3180                 }
3181                 l3 = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
3182                 l3 = &l3[pmap_l3_index(va)];
3183         } else {
3184                 mpte = NULL;
3185                 l3 = pmap_l3(kernel_pmap, va);
3186         }
3187         if (l3 == NULL)
3188                 panic("pmap_enter_quick_locked: No l3");
3189         if (pmap_load(l3) != 0) {
3190                 if (mpte != NULL) {
3191                         mpte->ref_count--;
3192                         mpte = NULL;
3193                 }
3194                 return (mpte);
3195         }
3196
3197         /*
3198          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3199          */
3200         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
3201             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
3202                 if (mpte != NULL) {
3203                         SLIST_INIT(&free);
3204                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3205                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3206                                 vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3207                         }
3208                         mpte = NULL;
3209                 }
3210                 return (mpte);
3211         }
3212
3213         /*
3214          * Increment counters
3215          */
3216         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3217
3218         newl3 = ((VM_PAGE_TO_PHYS(m) / PAGE_SIZE) << PTE_PPN0_S) |
3219             PTE_V | PTE_R;
3220         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0)
3221                 newl3 |= PTE_X;
3222         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
3223                 newl3 |= PTE_SW_MANAGED;
3224         if (va < VM_MAX_USER_ADDRESS)
3225                 newl3 |= PTE_U;
3226
3227         /*
3228          * Sync the i-cache on all harts before updating the PTE
3229          * if the new PTE is executable.
3230          */
3231         if (prot & VM_PROT_EXECUTE)
3232                 pmap_sync_icache(pmap, va, PAGE_SIZE);
3233
3234         pmap_store(l3, newl3);
3235
3236         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3237         return (mpte);
3238 }
3239
3240 /*
3241  * This code maps large physical mmap regions into the
3242  * processor address space.  Note that some shortcuts
3243  * are taken, but the code works.
3244  */
3245 void
3246 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
3247     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
3248 {
3249
3250         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
3251         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
3252             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
3253 }
3254
3255 /*
3256  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
3257  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
3258  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
3259  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
3260  *
3261  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware feature,
3262  *      so there is no need to invalidate any TLB entries.
3263  */
3264 void
3265 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3266 {
3267         vm_offset_t va_next;
3268         pd_entry_t *l1, *l2, l2e;
3269         pt_entry_t *l3, l3e;
3270         bool pv_lists_locked;
3271
3272         pv_lists_locked = false;
3273 retry:
3274         PMAP_LOCK(pmap);
3275         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3276                 l1 = pmap_l1(pmap, sva);
3277                 if (pmap_load(l1) == 0) {
3278                         va_next = (sva + L1_SIZE) & ~L1_OFFSET;
3279                         if (va_next < sva)
3280                                 va_next = eva;
3281                         continue;
3282                 }
3283
3284                 va_next = (sva + L2_SIZE) & ~L2_OFFSET;
3285                 if (va_next < sva)
3286                         va_next = eva;
3287
3288                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, sva);
3289                 if ((l2e = pmap_load(l2)) == 0)
3290                         continue;
3291                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
3292                         if (sva + L2_SIZE == va_next && eva >= va_next) {
3293                                 if ((l2e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3294                                         panic("pmap_unwire: l2 %#jx is missing "
3295                                             "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l2e);
3296                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_SW_WIRED);
3297                                 continue;
3298                         } else {
3299                                 if (!pv_lists_locked) {
3300                                         pv_lists_locked = true;
3301                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3302                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3303                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3304                                                 /* Repeat sva. */
3305                                                 goto retry;
3306                                         }
3307                                 }
3308                                 if (!pmap_demote_l2(pmap, l2, sva))
3309                                         panic("pmap_unwire: demotion failed");
3310                         }
3311                 }
3312
3313                 if (va_next > eva)
3314                         va_next = eva;
3315                 for (l3 = pmap_l2_to_l3(l2, sva); sva != va_next; l3++,
3316                     sva += L3_SIZE) {
3317                         if ((l3e = pmap_load(l3)) == 0)
3318                                 continue;
3319                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0)
3320                                 panic("pmap_unwire: l3 %#jx is missing "
3321                                     "PTE_SW_WIRED", (uintmax_t)l3e);
3322
3323                         /*
3324                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
3325                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
3326                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
3327                          */
3328                         pmap_clear_bits(l3, PTE_SW_WIRED);
3329                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3330                 }
3331         }
3332         if (pv_lists_locked)
3333                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3334         PMAP_UNLOCK(pmap);
3335 }
3336
3337 /*
3338  *      Copy the range specified by src_addr/len
3339  *      from the source map to the range dst_addr/len
3340  *      in the destination map.
3341  *
3342  *      This routine is only advisory and need not do anything.
3343  */
3344
3345 void
3346 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
3347     vm_offset_t src_addr)
3348 {
3349
3350 }
3351
3352 /*
3353  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
3354  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3355  */
3356 void
3357 pmap_zero_page(vm_page_t m)
3358 {
3359         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3360
3361         pagezero((void *)va);
3362 }
3363
3364 /*
3365  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
3366  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
3367  *
3368  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
3369  */
3370 void
3371 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
3372 {
3373         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3374
3375         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
3376                 pagezero((void *)va);
3377         else
3378                 bzero((char *)va + off, size);
3379 }
3380
3381 /*
3382  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
3383  *      page by mapping the page into virtual memory and using
3384  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
3385  *      time.
3386  */
3387 void
3388 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
3389 {
3390         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
3391         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
3392
3393         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
3394 }
3395
3396 int unmapped_buf_allowed = 1;
3397
3398 void
3399 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
3400     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
3401 {
3402         void *a_cp, *b_cp;
3403         vm_page_t m_a, m_b;
3404         vm_paddr_t p_a, p_b;
3405         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
3406         int cnt;
3407
3408         while (xfersize > 0) {
3409                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
3410                 m_a = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
3411                 p_a = m_a->phys_addr;
3412                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
3413                 m_b = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
3414                 p_b = m_b->phys_addr;
3415                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
3416                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
3417                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_a))) {
3418                         panic("!DMAP a %lx", p_a);
3419                 } else {
3420                         a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_a) + a_pg_offset;
3421                 }
3422                 if (__predict_false(!PHYS_IN_DMAP(p_b))) {
3423                         panic("!DMAP b %lx", p_b);
3424                 } else {
3425                         b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(p_b) + b_pg_offset;
3426                 }
3427                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
3428                 a_offset += cnt;
3429                 b_offset += cnt;
3430                 xfersize -= cnt;
3431         }
3432 }
3433
3434 vm_offset_t
3435 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
3436 {
3437
3438         return (PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)));
3439 }
3440
3441 void
3442 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
3443 {
3444 }
3445
3446 /*
3447  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
3448  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
3449  * be changed upwards or downwards in the future; it
3450  * is only necessary that true be returned for a small
3451  * subset of pmaps for proper page aging.
3452  */
3453 boolean_t
3454 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
3455 {
3456         struct md_page *pvh;
3457         struct rwlock *lock;
3458         pv_entry_t pv;
3459         int loops = 0;
3460         boolean_t rv;
3461
3462         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3463             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
3464         rv = FALSE;
3465         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3466         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3467         rw_rlock(lock);
3468         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3469                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3470                         rv = TRUE;
3471                         break;
3472                 }
3473                 loops++;
3474                 if (loops >= 16)
3475                         break;
3476         }
3477         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3478                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3479                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3480                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
3481                                 rv = TRUE;
3482                                 break;
3483                         }
3484                         loops++;
3485                         if (loops >= 16)
3486                                 break;
3487                 }
3488         }
3489         rw_runlock(lock);
3490         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3491         return (rv);
3492 }
3493
3494 /*
3495  *      pmap_page_wired_mappings:
3496  *
3497  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
3498  *      that are wired.
3499  */
3500 int
3501 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
3502 {
3503         struct md_page *pvh;
3504         struct rwlock *lock;
3505         pmap_t pmap;
3506         pd_entry_t *l2;
3507         pt_entry_t *l3;
3508         pv_entry_t pv;
3509         int count, md_gen, pvh_gen;
3510
3511         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3512                 return (0);
3513         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3514         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3515         rw_rlock(lock);
3516 restart:
3517         count = 0;
3518         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3519                 pmap = PV_PMAP(pv);
3520                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3521                         md_gen = m->md.pv_gen;
3522                         rw_runlock(lock);
3523                         PMAP_LOCK(pmap);
3524                         rw_rlock(lock);
3525                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3526                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3527                                 goto restart;
3528                         }
3529                 }
3530                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3531                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
3532                     ("%s: found a 2mpage in page %p's pv list", __func__, m));
3533                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
3534                 if ((pmap_load(l3) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3535                         count++;
3536                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3537         }
3538         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3539                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3540                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3541                         pmap = PV_PMAP(pv);
3542                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3543                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3544                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3545                                 rw_runlock(lock);
3546                                 PMAP_LOCK(pmap);
3547                                 rw_rlock(lock);
3548                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3549                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3550                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3551                                         goto restart;
3552                                 }
3553                         }
3554                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3555                         if ((pmap_load(l2) & PTE_SW_WIRED) != 0)
3556                                 count++;
3557                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3558                 }
3559         }
3560         rw_runlock(lock);
3561         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3562         return (count);
3563 }
3564
3565 /*
3566  * Returns true if the given page is mapped individually or as part of
3567  * a 2mpage.  Otherwise, returns false.
3568  */
3569 bool
3570 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
3571 {
3572         struct rwlock *lock;
3573         bool rv;
3574
3575         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
3576                 return (false);
3577         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3578         rw_rlock(lock);
3579         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
3580             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3581             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
3582         rw_runlock(lock);
3583         return (rv);
3584 }
3585
3586 static void
3587 pmap_remove_pages_pv(pmap_t pmap, vm_page_t m, pv_entry_t pv,
3588     struct spglist *free, bool superpage)
3589 {
3590         struct md_page *pvh;
3591         vm_page_t mpte, mt;
3592
3593         if (superpage) {
3594                 pmap_resident_count_dec(pmap, Ln_ENTRIES);
3595                 pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3596                 TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3597                 pvh->pv_gen++;
3598                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3599                         for (mt = m; mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3600                                 if (TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list) &&
3601                                     (mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0)
3602                                         vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
3603                 }
3604                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
3605                 if (mpte != NULL) {
3606                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
3607                             ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
3608                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3609                         KASSERT(mpte->ref_count == Ln_ENTRIES,
3610                             ("pmap_remove_pages: pte page ref count error"));
3611                         mpte->ref_count = 0;
3612                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3613                 }
3614         } else {
3615                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3616                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3617                 m->md.pv_gen++;
3618                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3619                     (m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0) {
3620                         pvh = pa_to_pvh(m->phys_addr);
3621                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3622                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3623                 }
3624         }
3625 }
3626
3627 /*
3628  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
3629  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
3630  * caller.
3631  *
3632  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
3633  * is not intended for general use.  It is only to be used during
3634  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
3635  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
3636  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
3637  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
3638  * have to test and clear the page table entries atomically, because
3639  * no processor is currently accessing the user address space.  In
3640  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
3641  * this function starts.
3642  */
3643 void
3644 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
3645 {
3646         struct spglist free;
3647         pd_entry_t ptepde;
3648         pt_entry_t *pte, tpte;
3649         vm_page_t m, mt;
3650         pv_entry_t pv;
3651         struct pv_chunk *pc, *npc;
3652         struct rwlock *lock;
3653         int64_t bit;
3654         uint64_t inuse, bitmask;
3655         int allfree, field, freed, idx;
3656         bool superpage;
3657
3658         lock = NULL;
3659
3660         SLIST_INIT(&free);
3661         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3662         PMAP_LOCK(pmap);
3663         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
3664                 allfree = 1;
3665                 freed = 0;
3666                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3667                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3668                         while (inuse != 0) {
3669                                 bit = ffsl(inuse) - 1;
3670                                 bitmask = 1UL << bit;
3671                                 idx = field * 64 + bit;
3672                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
3673                                 inuse &= ~bitmask;
3674
3675                                 pte = pmap_l1(pmap, pv->pv_va);
3676                                 ptepde = pmap_load(pte);
3677                                 pte = pmap_l1_to_l2(pte, pv->pv_va);
3678                                 tpte = pmap_load(pte);
3679                                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
3680                                         superpage = true;
3681                                 } else {
3682                                         ptepde = tpte;
3683                                         pte = pmap_l2_to_l3(pte, pv->pv_va);
3684                                         tpte = pmap_load(pte);
3685                                         superpage = false;
3686                                 }
3687
3688                                 /*
3689                                  * We cannot remove wired pages from a
3690                                  * process' mapping at this time.
3691                                  */
3692                                 if (tpte & PTE_SW_WIRED) {
3693                                         allfree = 0;
3694                                         continue;
3695                                 }
3696
3697                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(PTE_TO_PHYS(tpte));
3698                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3699                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3700                                     ("pmap_remove_pages: bad pte %#jx",
3701                                     (uintmax_t)tpte));
3702
3703                                 pmap_clear(pte);
3704
3705                                 /*
3706                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
3707                                  */
3708                                 if ((tpte & (PTE_D | PTE_W)) ==
3709                                     (PTE_D | PTE_W)) {
3710                                         if (superpage)
3711                                                 for (mt = m;
3712                                                     mt < &m[Ln_ENTRIES]; mt++)
3713                                                         vm_page_dirty(mt);
3714                                         else
3715                                                 vm_page_dirty(m);
3716                                 }
3717
3718                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
3719
3720                                 /* Mark free */
3721                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
3722
3723                                 pmap_remove_pages_pv(pmap, m, pv, &free,
3724                                     superpage);
3725                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
3726                                 freed++;
3727                         }
3728                 }
3729                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3730                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3731                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3732                 if (allfree) {
3733                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3734                         free_pv_chunk(pc);
3735                 }
3736         }
3737         if (lock != NULL)
3738                 rw_wunlock(lock);
3739         pmap_invalidate_all(pmap);
3740         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3741         PMAP_UNLOCK(pmap);
3742         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
3743 }
3744
3745 static bool
3746 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
3747 {
3748         struct md_page *pvh;
3749         struct rwlock *lock;
3750         pd_entry_t *l2;
3751         pt_entry_t *l3, mask;
3752         pv_entry_t pv;
3753         pmap_t pmap;
3754         int md_gen, pvh_gen;
3755         bool rv;
3756
3757         mask = 0;
3758         if (modified)
3759                 mask |= PTE_D;
3760         if (accessed)
3761                 mask |= PTE_A;
3762
3763         rv = FALSE;
3764         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3765         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3766         rw_rlock(lock);
3767 restart:
3768         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3769                 pmap = PV_PMAP(pv);
3770                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3771                         md_gen = m->md.pv_gen;
3772                         rw_runlock(lock);
3773                         PMAP_LOCK(pmap);
3774                         rw_rlock(lock);
3775                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
3776                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3777                                 goto restart;
3778                         }
3779                 }
3780                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3781                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
3782                     ("%s: found a 2mpage in page %p's pv list", __func__, m));
3783                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
3784                 rv = (pmap_load(l3) & mask) == mask;
3785                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3786                 if (rv)
3787                         goto out;
3788         }
3789         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3790                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3791                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3792                         pmap = PV_PMAP(pv);
3793                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3794                                 md_gen = m->md.pv_gen;
3795                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
3796                                 rw_runlock(lock);
3797                                 PMAP_LOCK(pmap);
3798                                 rw_rlock(lock);
3799                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
3800                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3801                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3802                                         goto restart;
3803                                 }
3804                         }
3805                         l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3806                         rv = (pmap_load(l2) & mask) == mask;
3807                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3808                         if (rv)
3809                                 goto out;
3810                 }
3811         }
3812 out:
3813         rw_runlock(lock);
3814         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3815         return (rv);
3816 }
3817
3818 /*
3819  *      pmap_is_modified:
3820  *
3821  *      Return whether or not the specified physical page was modified
3822  *      in any physical maps.
3823  */
3824 boolean_t
3825 pmap_is_modified(vm_page_t m)
3826 {
3827
3828         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3829             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
3830
3831         /*
3832          * If the page is not busied then this check is racy.
3833          */
3834         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3835                 return (FALSE);
3836         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
3837 }
3838
3839 /*
3840  *      pmap_is_prefaultable:
3841  *
3842  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
3843  *      for prefault.
3844  */
3845 boolean_t
3846 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
3847 {
3848         pt_entry_t *l3;
3849         boolean_t rv;
3850
3851         /*
3852          * Return TRUE if and only if the L3 entry for the specified virtual
3853          * address is allocated but invalid.
3854          */
3855         rv = FALSE;
3856         PMAP_LOCK(pmap);
3857         l3 = pmap_l3(pmap, addr);
3858         if (l3 != NULL && pmap_load(l3) == 0) {
3859                 rv = TRUE;
3860         }
3861         PMAP_UNLOCK(pmap);
3862         return (rv);
3863 }
3864
3865 /*
3866  *      pmap_is_referenced:
3867  *
3868  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
3869  *      in any physical maps.
3870  */
3871 boolean_t
3872 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
3873 {
3874
3875         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3876             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
3877         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
3878 }
3879
3880 /*
3881  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
3882  */
3883 void
3884 pmap_remove_write(vm_page_t m)
3885 {
3886         struct md_page *pvh;
3887         struct rwlock *lock;
3888         pmap_t pmap;
3889         pd_entry_t *l2;
3890         pt_entry_t *l3, oldl3, newl3;
3891         pv_entry_t next_pv, pv;
3892         vm_offset_t va;
3893         int md_gen, pvh_gen;
3894
3895         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3896             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
3897         vm_page_assert_busied(m);
3898
3899         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
3900                 return;
3901         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
3902         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
3903             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3904         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3905 retry_pv_loop:
3906         rw_wlock(lock);
3907         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
3908                 pmap = PV_PMAP(pv);
3909                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3910                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3911                         rw_wunlock(lock);
3912                         PMAP_LOCK(pmap);
3913                         rw_wlock(lock);
3914                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
3915                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3916                                 rw_wunlock(lock);
3917                                 goto retry_pv_loop;
3918                         }
3919                 }
3920                 va = pv->pv_va;
3921                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
3922                 if ((pmap_load(l2) & PTE_W) != 0)
3923                         (void)pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock);
3924                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
3925                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
3926                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
3927                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3928         }
3929         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
3930                 pmap = PV_PMAP(pv);
3931                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3932                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
3933                         md_gen = m->md.pv_gen;
3934                         rw_wunlock(lock);
3935                         PMAP_LOCK(pmap);
3936                         rw_wlock(lock);
3937                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
3938                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3939                                 rw_wunlock(lock);
3940                                 goto retry_pv_loop;
3941                         }
3942                 }
3943                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
3944                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
3945                     ("%s: found a 2mpage in page %p's pv list", __func__, m));
3946                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
3947                 oldl3 = pmap_load(l3);
3948 retry:
3949                 if ((oldl3 & PTE_W) != 0) {
3950                         newl3 = oldl3 & ~(PTE_D | PTE_W);
3951                         if (!atomic_fcmpset_long(l3, &oldl3, newl3))
3952                                 goto retry;
3953                         if ((oldl3 & PTE_D) != 0)
3954                                 vm_page_dirty(m);
3955                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3956                 }
3957                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3958         }
3959         rw_wunlock(lock);
3960         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3961         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3962 }
3963
3964 /*
3965  *      pmap_ts_referenced:
3966  *
3967  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
3968  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
3969  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
3970  *      reference bits set.
3971  *
3972  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
3973  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
3974  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
3975  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
3976  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
3977  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
3978  *      to pmap_is_modified().
3979  */
3980 int
3981 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
3982 {
3983         struct spglist free;
3984         struct md_page *pvh;
3985         struct rwlock *lock;
3986         pv_entry_t pv, pvf;
3987         pmap_t pmap;
3988         pd_entry_t *l2, l2e;
3989         pt_entry_t *l3, l3e;
3990         vm_paddr_t pa;
3991         vm_offset_t va;
3992         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
3993
3994         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3995             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
3996         SLIST_INIT(&free);
3997         cleared = 0;
3998         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3999         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
4000
4001         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
4002         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4003         rw_wlock(lock);
4004 retry:
4005         not_cleared = 0;
4006         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
4007                 goto small_mappings;
4008         pv = pvf;
4009         do {
4010                 pmap = PV_PMAP(pv);
4011                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4012                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4013                         rw_wunlock(lock);
4014                         PMAP_LOCK(pmap);
4015                         rw_wlock(lock);
4016                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4017                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4018                                 goto retry;
4019                         }
4020                 }
4021                 va = pv->pv_va;
4022                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4023                 l2e = pmap_load(l2);
4024                 if ((l2e & (PTE_W | PTE_D)) == (PTE_W | PTE_D)) {
4025                         /*
4026                          * Although l2e is mapping a 2MB page, because
4027                          * this function is called at a 4KB page granularity,
4028                          * we only update the 4KB page under test.
4029                          */
4030                         vm_page_dirty(m);
4031                 }
4032                 if ((l2e & PTE_A) != 0) {
4033                         /*
4034                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
4035                          * pages, it should not be cleared every time it is
4036                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
4037                          * physical page number, the virtual superpage number,
4038                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
4039                          * the 512 on which testing the reference bit will
4040                          * result in clearing that reference bit.  This
4041                          * function is designed to avoid the selection of the
4042                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
4043                          *
4044                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
4045                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
4046                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
4047                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
4048                          * since the superpage is wired, the current state of
4049                          * its reference bit won't affect page replacement.
4050                          */
4051                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> L2_SHIFT) ^
4052                             (uintptr_t)pmap) & (Ln_ENTRIES - 1)) == 0 &&
4053                             (l2e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4054                                 pmap_clear_bits(l2, PTE_A);
4055                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4056                                 cleared++;
4057                         } else
4058                                 not_cleared++;
4059                 }
4060                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4061                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4062                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4063                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4064                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4065                         pvh->pv_gen++;
4066                 }
4067                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
4068                         goto out;
4069         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
4070 small_mappings:
4071         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
4072                 goto out;
4073         pv = pvf;
4074         do {
4075                 pmap = PV_PMAP(pv);
4076                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4077                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4078                         md_gen = m->md.pv_gen;
4079                         rw_wunlock(lock);
4080                         PMAP_LOCK(pmap);
4081                         rw_wlock(lock);
4082                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4083                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4084                                 goto retry;
4085                         }
4086                 }
4087                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4088
4089                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RX) == 0,
4090                     ("pmap_ts_referenced: found an invalid l2 table"));
4091
4092                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4093                 l3e = pmap_load(l3);
4094                 if ((l3e & PTE_D) != 0)
4095                         vm_page_dirty(m);
4096                 if ((l3e & PTE_A) != 0) {
4097                         if ((l3e & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4098                                 /*
4099                                  * Wired pages cannot be paged out so
4100                                  * doing accessed bit emulation for
4101                                  * them is wasted effort. We do the
4102                                  * hard work for unwired pages only.
4103                                  */
4104                                 pmap_clear_bits(l3, PTE_A);
4105                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4106                                 cleared++;
4107                         } else
4108                                 not_cleared++;
4109                 }
4110                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4111                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
4112                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
4113                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4114                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4115                         m->md.pv_gen++;
4116                 }
4117         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
4118             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
4119 out:
4120         rw_wunlock(lock);
4121         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4122         vm_page_free_pages_toq(&free, false);
4123         return (cleared + not_cleared);
4124 }
4125
4126 /*
4127  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
4128  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
4129  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
4130  */
4131 void
4132 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
4133 {
4134 }
4135
4136 /*
4137  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
4138  */
4139 void
4140 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
4141 {
4142         struct md_page *pvh;
4143         struct rwlock *lock;
4144         pmap_t pmap;
4145         pv_entry_t next_pv, pv;
4146         pd_entry_t *l2, oldl2;
4147         pt_entry_t *l3;
4148         vm_offset_t va;
4149         int md_gen, pvh_gen;
4150
4151         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4152             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
4153         vm_page_assert_busied(m);
4154
4155         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
4156                 return;
4157
4158         /*
4159          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
4160          * If the object containing the page is locked and the page is not
4161          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
4162          */
4163         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4164                 return;
4165         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4166             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4167         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4168         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4169         rw_wlock(lock);
4170 restart:
4171         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4172                 pmap = PV_PMAP(pv);
4173                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4174                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4175                         rw_wunlock(lock);
4176                         PMAP_LOCK(pmap);
4177                         rw_wlock(lock);
4178                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4179                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4180                                 goto restart;
4181                         }
4182                 }
4183                 va = pv->pv_va;
4184                 l2 = pmap_l2(pmap, va);
4185                 oldl2 = pmap_load(l2);
4186                 /* If oldl2 has PTE_W set, then it also has PTE_D set. */
4187                 if ((oldl2 & PTE_W) != 0 &&
4188                     pmap_demote_l2_locked(pmap, l2, va, &lock) &&
4189                     (oldl2 & PTE_SW_WIRED) == 0) {
4190                         /*
4191                          * Write protect the mapping to a single page so that
4192                          * a subsequent write access may repromote.
4193                          */
4194                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - PTE_TO_PHYS(oldl2);
4195                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, va);
4196                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4197                         vm_page_dirty(m);
4198                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4199                 }
4200                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4201         }
4202         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4203                 pmap = PV_PMAP(pv);
4204                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4205                         md_gen = m->md.pv_gen;
4206                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4207                         rw_wunlock(lock);
4208                         PMAP_LOCK(pmap);
4209                         rw_wlock(lock);
4210                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4211                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4212                                 goto restart;
4213                         }
4214                 }
4215                 l2 = pmap_l2(pmap, pv->pv_va);
4216                 KASSERT((pmap_load(l2) & PTE_RWX) == 0,
4217                     ("%s: found a 2mpage in page %p's pv list", __func__, m));
4218                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, pv->pv_va);
4219                 if ((pmap_load(l3) & (PTE_D | PTE_W)) == (PTE_D | PTE_W)) {
4220                         pmap_clear_bits(l3, PTE_D | PTE_W);
4221                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4222                 }
4223                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4224         }
4225         rw_wunlock(lock);
4226         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4227 }
4228
4229 void *
4230 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4231 {
4232
4233         return ((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4234 }
4235
4236 void
4237 pmap_unmapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
4238 {
4239 }
4240
4241 /*
4242  * Sets the memory attribute for the specified page.
4243  */
4244 void
4245 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
4246 {
4247
4248         m->md.pv_memattr = ma;
4249
4250         /*
4251          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
4252          * can be relied upon to perform any cache operations that are
4253          * required for data coherence.
4254          */
4255         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4256             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
4257             m->md.pv_memattr) != 0)
4258                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
4259 }
4260
4261 /*
4262  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
4263  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
4264  * completely contained within either the direct map or the kernel map.
4265  *
4266  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
4267  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
4268  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
4269  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
4270  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
4271  * virtual address range.
4272  */
4273 int
4274 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4275 {
4276         int error;
4277
4278         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
4279         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
4280         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
4281         return (error);
4282 }
4283
4284 static int
4285 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
4286 {
4287         vm_offset_t base, offset, tmpva;
4288         pd_entry_t *l1, l1e;
4289         pd_entry_t *l2, l2e;
4290         pt_entry_t *l3, l3e;
4291
4292         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
4293         base = trunc_page(va);
4294         offset = va & PAGE_MASK;
4295         size = round_page(offset + size);
4296
4297         if (!VIRT_IN_DMAP(base) &&
4298             !(base >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && base < VM_MAX_KERNEL_ADDRESS))
4299                 return (EINVAL);
4300
4301         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
4302                 l1 = pmap_l1(kernel_pmap, tmpva);
4303                 if (l1 == NULL || ((l1e = pmap_load(l1)) & PTE_V) == 0)
4304                         return (EINVAL);
4305                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4306                         /*
4307                          * TODO: Demote if attributes don't match and there
4308                          * isn't an L1 page left in the range, and update the
4309                          * L1 entry if the attributes don't match but there is
4310                          * an L1 page left in the range, once we support the
4311                          * upcoming Svpbmt extension.
4312                          */
4313                         tmpva = (tmpva & ~L1_OFFSET) + L1_SIZE;
4314                         continue;
4315                 }
4316                 l2 = pmap_l1_to_l2(l1, tmpva);
4317                 if (l2 == NULL || ((l2e = pmap_load(l2)) & PTE_V) == 0)
4318                         return (EINVAL);
4319                 if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4320                         /*
4321                          * TODO: Demote if attributes don't match and there
4322                          * isn't an L2 page left in the range, and update the
4323                          * L2 entry if the attributes don't match but there is
4324                          * an L2 page left in the range, once we support the
4325                          * upcoming Svpbmt extension.
4326                          */
4327                         tmpva = (tmpva & ~L2_OFFSET) + L2_SIZE;
4328                         continue;
4329                 }
4330                 l3 = pmap_l2_to_l3(l2, tmpva);
4331                 if (l3 == NULL || ((l3e = pmap_load(l3)) & PTE_V) == 0)
4332                         return (EINVAL);
4333                 /*
4334                  * TODO: Update the L3 entry if the attributes don't match once
4335                  * we support the upcoming Svpbmt extension.
4336                  */
4337                 tmpva += PAGE_SIZE;
4338         }
4339
4340         return (0);
4341 }
4342
4343 /*
4344  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
4345  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
4346  * find other mappings.
4347  */
4348 int
4349 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
4350 {
4351         pt_entry_t *l2, *l3, tpte;
4352         vm_paddr_t pa;
4353         int val;
4354         bool managed;
4355
4356         PMAP_LOCK(pmap);
4357         l2 = pmap_l2(pmap, addr);
4358         if (l2 != NULL && ((tpte = pmap_load(l2)) & PTE_V) != 0) {
4359                 if ((tpte & PTE_RWX) != 0) {
4360                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L2_OFFSET);
4361                         val = MINCORE_INCORE | MINCORE_PSIND(1);
4362                 } else {
4363                         l3 = pmap_l2_to_l3(l2, addr);
4364                         tpte = pmap_load(l3);
4365                         if ((tpte & PTE_V) == 0) {
4366                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4367                                 return (0);
4368                         }
4369                         pa = PTE_TO_PHYS(tpte) | (addr & L3_OFFSET);
4370                         val = MINCORE_INCORE;
4371                 }
4372
4373                 if ((tpte & PTE_D) != 0)
4374                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
4375                 if ((tpte & PTE_A) != 0)
4376                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
4377                 managed = (tpte & PTE_SW_MANAGED) == PTE_SW_MANAGED;
4378         } else {
4379                 managed = false;
4380                 val = 0;
4381         }
4382         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
4383             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) && managed) {
4384                 *pap = pa;
4385         }
4386         PMAP_UNLOCK(pmap);
4387         return (val);
4388 }
4389
4390 void
4391 pmap_activate_sw(struct thread *td)
4392 {
4393         pmap_t oldpmap, pmap;
4394         u_int hart;
4395
4396         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
4397         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
4398         if (pmap == oldpmap)
4399                 return;
4400         load_satp(pmap->pm_satp);
4401
4402         hart = PCPU_GET(hart);
4403 #ifdef SMP
4404         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4405         CPU_CLR_ATOMIC(hart, &oldpmap->pm_active);
4406 #else
4407         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4408         CPU_CLR(hart, &oldpmap->pm_active);
4409 #endif
4410         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4411
4412         sfence_vma();
4413 }
4414
4415 void
4416 pmap_activate(struct thread *td)
4417 {
4418
4419         critical_enter();
4420         pmap_activate_sw(td);
4421         critical_exit();
4422 }
4423
4424 void
4425 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
4426 {
4427         u_int hart;
4428
4429         hart = PCPU_GET(hart);
4430 #ifdef SMP
4431         CPU_SET_ATOMIC(hart, &pmap->pm_active);
4432 #else
4433         CPU_SET(hart, &pmap->pm_active);
4434 #endif
4435         PCPU_SET(curpmap, pmap);
4436 }
4437
4438 void
4439 pmap_sync_icache(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
4440 {
4441         cpuset_t mask;
4442
4443         /*
4444          * From the RISC-V User-Level ISA V2.2:
4445          *
4446          * "To make a store to instruction memory visible to all
4447          * RISC-V harts, the writing hart has to execute a data FENCE
4448          * before requesting that all remote RISC-V harts execute a
4449          * FENCE.I."
4450          *
4451          * However, this is slightly misleading; we still need to
4452          * perform a FENCE.I for the local hart, as FENCE does nothing
4453          * for its icache. FENCE.I alone is also sufficient for the
4454          * local hart.
4455          */
4456         sched_pin();
4457         mask = all_harts;
4458         CPU_CLR(PCPU_GET(hart), &mask);
4459         fence_i();
4460         if (!CPU_EMPTY(&mask) && smp_started) {
4461                 fence();
4462                 sbi_remote_fence_i(mask.__bits);
4463         }
4464         sched_unpin();
4465 }
4466
4467 /*
4468  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
4469  *      different alignment might result in more superpage mappings.
4470  */
4471 void
4472 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
4473     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
4474 {
4475         vm_offset_t superpage_offset;
4476
4477         if (size < L2_SIZE)
4478                 return;
4479         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
4480                 offset += ptoa(object->pg_color);
4481         superpage_offset = offset & L2_OFFSET;
4482         if (size - ((L2_SIZE - superpage_offset) & L2_OFFSET) < L2_SIZE ||
4483             (*addr & L2_OFFSET) == superpage_offset)
4484                 return;
4485         if ((*addr & L2_OFFSET) < superpage_offset)
4486                 *addr = (*addr & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4487         else
4488                 *addr = ((*addr + L2_OFFSET) & ~L2_OFFSET) + superpage_offset;
4489 }
4490
4491 /**
4492  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
4493  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
4494  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
4495  *
4496  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
4497  *                    address on the kernel memory map.
4498  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
4499  *                    of the pages passed in the page parameter.
4500  * \param count       Number of pages passed in.
4501  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
4502  *                    page faults, FALSE otherwise.
4503  *
4504  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
4505  *          finished or FALSE otherwise.
4506  *
4507  */
4508 boolean_t
4509 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4510     boolean_t can_fault)
4511 {
4512         vm_paddr_t paddr;
4513         boolean_t needs_mapping;
4514         int error, i;
4515
4516         /*
4517          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
4518          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
4519          */
4520         needs_mapping = FALSE;
4521         for (i = 0; i < count; i++) {
4522                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4523                 if (__predict_false(paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR)) {
4524                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
4525                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
4526                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
4527                         needs_mapping = TRUE;
4528                 } else {
4529                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
4530                 }
4531         }
4532
4533         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
4534         if (!needs_mapping)
4535                 return (FALSE);
4536
4537         if (!can_fault)
4538                 sched_pin();
4539         for (i = 0; i < count; i++) {
4540                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4541                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4542                         panic(
4543                            "pmap_map_io_transient: TODO: Map out of DMAP data");
4544                 }
4545         }
4546
4547         return (needs_mapping);
4548 }
4549
4550 void
4551 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
4552     boolean_t can_fault)
4553 {
4554         vm_paddr_t paddr;
4555         int i;
4556
4557         if (!can_fault)
4558                 sched_unpin();
4559         for (i = 0; i < count; i++) {
4560                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
4561                 if (paddr >= DMAP_MAX_PHYSADDR) {
4562                         panic("RISCVTODO: pmap_unmap_io_transient: Unmap data");
4563                 }
4564         }
4565 }
4566
4567 boolean_t
4568 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
4569 {
4570
4571         return (mode >= VM_MEMATTR_DEVICE && mode <= VM_MEMATTR_WRITE_BACK);
4572 }
4573
4574 bool
4575 pmap_get_tables(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t **l1, pd_entry_t **l2,
4576     pt_entry_t **l3)
4577 {
4578         pd_entry_t *l1p, *l2p;
4579
4580         /* Get l1 directory entry. */
4581         l1p = pmap_l1(pmap, va);
4582         *l1 = l1p;
4583
4584         if (l1p == NULL || (pmap_load(l1p) & PTE_V) == 0)
4585                 return (false);
4586
4587         if ((pmap_load(l1p) & PTE_RX) != 0) {
4588                 *l2 = NULL;
4589                 *l3 = NULL;
4590                 return (true);
4591         }
4592
4593         /* Get l2 directory entry. */
4594         l2p = pmap_l1_to_l2(l1p, va);
4595         *l2 = l2p;
4596
4597         if (l2p == NULL || (pmap_load(l2p) & PTE_V) == 0)
4598                 return (false);
4599
4600         if ((pmap_load(l2p) & PTE_RX) != 0) {
4601                 *l3 = NULL;
4602                 return (true);
4603         }
4604
4605         /* Get l3 page table entry. */
4606         *l3 = pmap_l2_to_l3(l2p, va);
4607
4608         return (true);
4609 }
4610
4611 /*
4612  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
4613  * in various mapping attributes.
4614  */
4615 struct pmap_kernel_map_range {
4616         vm_offset_t sva;
4617         pt_entry_t attrs;
4618         int l3pages;
4619         int l2pages;
4620         int l1pages;
4621 };
4622
4623 static void
4624 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4625     vm_offset_t eva)
4626 {
4627
4628         if (eva <= range->sva)
4629                 return;
4630
4631         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %d %d %d\n",
4632             range->sva, eva,
4633             (range->attrs & PTE_W) == PTE_W ? 'w' : '-',
4634             (range->attrs & PTE_X) == PTE_X ? 'x' : '-',
4635             (range->attrs & PTE_U) == PTE_U ? 'u' : 's',
4636             (range->attrs & PTE_G) == PTE_G ? 'g' : '-',
4637             range->l1pages, range->l2pages, range->l3pages);
4638
4639         /* Reset to sentinel value. */
4640         range->sva = 0xfffffffffffffffful;
4641 }
4642
4643 /*
4644  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
4645  * being tracked by the current range.
4646  */
4647 static bool
4648 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
4649 {
4650
4651         return (range->attrs == attrs);
4652 }
4653
4654 static void
4655 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
4656     pt_entry_t attrs)
4657 {
4658
4659         memset(range, 0, sizeof(*range));
4660         range->sva = va;
4661         range->attrs = attrs;
4662 }
4663
4664 /*
4665  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes. If they do not match
4666  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
4667  * begin a new run.
4668  */
4669 static void
4670 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
4671     vm_offset_t va, pd_entry_t l1e, pd_entry_t l2e, pt_entry_t l3e)
4672 {
4673         pt_entry_t attrs;
4674
4675         /* The PTE global bit is inherited by lower levels. */
4676         attrs = l1e & PTE_G;
4677         if ((l1e & PTE_RWX) != 0)
4678                 attrs |= l1e & (PTE_RWX | PTE_U);
4679         else if (l2e != 0)
4680                 attrs |= l2e & PTE_G;
4681         if ((l2e & PTE_RWX) != 0)
4682                 attrs |= l2e & (PTE_RWX | PTE_U);
4683         else if (l3e != 0)
4684                 attrs |= l3e & (PTE_RWX | PTE_U | PTE_G);
4685
4686         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
4687                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
4688                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
4689         }
4690 }
4691
4692 static int
4693 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4694 {
4695         struct pmap_kernel_map_range range;
4696         struct sbuf sbuf, *sb;
4697         pd_entry_t l1e, *l2, l2e;
4698         pt_entry_t *l3, l3e;
4699         vm_offset_t sva;
4700         vm_paddr_t pa;
4701         int error, i, j, k;
4702
4703         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4704         if (error != 0)
4705                 return (error);
4706         sb = &sbuf;
4707         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
4708
4709         /* Sentinel value. */
4710         range.sva = 0xfffffffffffffffful;
4711
4712         /*
4713          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
4714          * lock. Kernel page table pages are never freed, so at worst we will
4715          * observe inconsistencies in the output.
4716          */
4717         sva = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4718         for (i = pmap_l1_index(sva); i < Ln_ENTRIES; i++) {
4719                 if (i == pmap_l1_index(DMAP_MIN_ADDRESS))
4720                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
4721                 else if (i == pmap_l1_index(VM_MIN_KERNEL_ADDRESS))
4722                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
4723
4724                 l1e = kernel_pmap->pm_l1[i];
4725                 if ((l1e & PTE_V) == 0) {
4726                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4727                         sva += L1_SIZE;
4728                         continue;
4729                 }
4730                 if ((l1e & PTE_RWX) != 0) {
4731                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, 0, 0);
4732                         range.l1pages++;
4733                         sva += L1_SIZE;
4734                         continue;
4735                 }
4736                 pa = PTE_TO_PHYS(l1e);
4737                 l2 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4738
4739                 for (j = pmap_l2_index(sva); j < Ln_ENTRIES; j++) {
4740                         l2e = l2[j];
4741                         if ((l2e & PTE_V) == 0) {
4742                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4743                                 sva += L2_SIZE;
4744                                 continue;
4745                         }
4746                         if ((l2e & PTE_RWX) != 0) {
4747                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, l1e, l2e, 0);
4748                                 range.l2pages++;
4749                                 sva += L2_SIZE;
4750                                 continue;
4751                         }
4752                         pa = PTE_TO_PHYS(l2e);
4753                         l3 = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
4754
4755                         for (k = pmap_l3_index(sva); k < Ln_ENTRIES; k++,
4756                             sva += L3_SIZE) {
4757                                 l3e = l3[k];
4758                                 if ((l3e & PTE_V) == 0) {
4759                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
4760                                         continue;
4761                                 }
4762                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
4763                                     l1e, l2e, l3e);
4764                                 range.l3pages++;
4765                         }
4766                 }
4767         }
4768
4769         error = sbuf_finish(sb);
4770         sbuf_delete(sb);
4771         return (error);
4772 }
4773 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
4774     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
4775     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
4776     "Dump kernel address layout");