]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Skip the vm.pmap.kernel_maps sysctl by default.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / 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  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/smr.h>
129 #include <sys/sx.h>
130 #include <sys/turnstile.h>
131 #include <sys/vmem.h>
132 #include <sys/vmmeter.h>
133 #include <sys/sched.h>
134 #include <sys/sysctl.h>
135 #include <sys/smp.h>
136 #ifdef DDB
137 #include <sys/kdb.h>
138 #include <ddb/ddb.h>
139 #endif
140
141 #include <vm/vm.h>
142 #include <vm/vm_param.h>
143 #include <vm/vm_kern.h>
144 #include <vm/vm_page.h>
145 #include <vm/vm_map.h>
146 #include <vm/vm_object.h>
147 #include <vm/vm_extern.h>
148 #include <vm/vm_pageout.h>
149 #include <vm/vm_pager.h>
150 #include <vm/vm_phys.h>
151 #include <vm/vm_radix.h>
152 #include <vm/vm_reserv.h>
153 #include <vm/vm_dumpset.h>
154 #include <vm/uma.h>
155
156 #include <machine/intr_machdep.h>
157 #include <x86/apicvar.h>
158 #include <x86/ifunc.h>
159 #include <machine/cpu.h>
160 #include <machine/cputypes.h>
161 #include <machine/intr_machdep.h>
162 #include <machine/md_var.h>
163 #include <machine/pcb.h>
164 #include <machine/specialreg.h>
165 #ifdef SMP
166 #include <machine/smp.h>
167 #endif
168 #include <machine/sysarch.h>
169 #include <machine/tss.h>
170
171 #ifdef NUMA
172 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
173 #else
174 #define PMAP_MEMDOM     1
175 #endif
176
177 static __inline boolean_t
178 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
179 {
180
181         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
182 }
183
184 static __inline boolean_t
185 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
186 {
187
188         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
189 }
190
191 static __inline pt_entry_t
192 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
193 {
194         pt_entry_t mask;
195
196         switch (pmap->pm_type) {
197         case PT_X86:
198         case PT_RVI:
199                 mask = X86_PG_V;
200                 break;
201         case PT_EPT:
202                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
203                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
204                 else
205                         mask = EPT_PG_READ;
206                 break;
207         default:
208                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
209         }
210
211         return (mask);
212 }
213
214 static __inline pt_entry_t
215 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
216 {
217         pt_entry_t mask;
218
219         switch (pmap->pm_type) {
220         case PT_X86:
221         case PT_RVI:
222                 mask = X86_PG_RW;
223                 break;
224         case PT_EPT:
225                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
226                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
227                 else
228                         mask = EPT_PG_WRITE;
229                 break;
230         default:
231                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
232         }
233
234         return (mask);
235 }
236
237 static pt_entry_t pg_g;
238
239 static __inline pt_entry_t
240 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
241 {
242         pt_entry_t mask;
243
244         switch (pmap->pm_type) {
245         case PT_X86:
246                 mask = pg_g;
247                 break;
248         case PT_RVI:
249         case PT_EPT:
250                 mask = 0;
251                 break;
252         default:
253                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
254         }
255
256         return (mask);
257 }
258
259 static __inline pt_entry_t
260 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
261 {
262         pt_entry_t mask;
263
264         switch (pmap->pm_type) {
265         case PT_X86:
266         case PT_RVI:
267                 mask = X86_PG_A;
268                 break;
269         case PT_EPT:
270                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
271                         mask = EPT_PG_READ;
272                 else
273                         mask = EPT_PG_A;
274                 break;
275         default:
276                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
277         }
278
279         return (mask);
280 }
281
282 static __inline pt_entry_t
283 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
284 {
285         pt_entry_t mask;
286
287         switch (pmap->pm_type) {
288         case PT_X86:
289         case PT_RVI:
290                 mask = X86_PG_M;
291                 break;
292         case PT_EPT:
293                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
294                         mask = EPT_PG_WRITE;
295                 else
296                         mask = EPT_PG_M;
297                 break;
298         default:
299                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
300         }
301
302         return (mask);
303 }
304
305 static __inline pt_entry_t
306 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
307 {
308
309         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
310 }
311
312 #if !defined(DIAGNOSTIC)
313 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
314 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
315 #else
316 #define PMAP_INLINE     extern inline
317 #endif
318 #else
319 #define PMAP_INLINE
320 #endif
321
322 #ifdef PV_STATS
323 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
324 #else
325 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
326 #endif
327
328 #undef pa_index
329 #ifdef NUMA
330 #define pa_index(pa)    ({                                      \
331         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
332             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
333         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
334 })
335 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
336 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
337 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
338         struct rwlock *_lock;                                   \
339         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
340                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
341         else                                                    \
342                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
343         _lock;                                                  \
344 })
345 #else
346 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
347 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
348
349 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
350
351 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
352                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
353 #endif
354
355 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
356         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
357         struct rwlock *_new_lock;                       \
358                                                         \
359         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
360         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
361                 if (*_lockp != NULL)                    \
362                         rw_wunlock(*_lockp);            \
363                 *_lockp = _new_lock;                    \
364                 rw_wlock(*_lockp);                      \
365         }                                               \
366 } while (0)
367
368 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
369                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
370
371 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
372         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
373                                                         \
374         if (*_lockp != NULL) {                          \
375                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
376                 *_lockp = NULL;                         \
377         }                                               \
378 } while (0)
379
380 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
381                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
382
383 struct pmap kernel_pmap_store;
384
385 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
386 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
387
388 int nkpt;
389 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
390     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
391
392 static int ndmpdp;
393 vm_paddr_t dmaplimit;
394 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
395 pt_entry_t pg_nx;
396
397 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
398     "VM/pmap parameters");
399
400 static int pg_ps_enabled = 1;
401 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
402     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
403
404 int __read_frequently la57 = 0;
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
406     &la57, 0,
407     "5-level paging for host is enabled");
408
409 static bool
410 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
411 {
412         if (pmap->pm_type == PT_X86)
413                 return (la57);
414         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
415 }
416
417 #define PAT_INDEX_SIZE  8
418 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
419
420 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
421 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
422 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
423 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
424 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
425                                            if supported */
426
427 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
428 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
429 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
430 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
431
432 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
433
434 /*
435  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
436  */
437 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
438 static struct pmap_preinit_mapping {
439         vm_paddr_t      pa;
440         vm_offset_t     va;
441         vm_size_t       sz;
442         int             mode;
443 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
444 static int pmap_initialized;
445
446 /*
447  * Data for the pv entry allocation mechanism.
448  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
449  */
450 #ifdef NUMA
451 static __inline int
452 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
453 {
454
455         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
456 }
457 #else
458 static __inline int
459 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
460 {
461
462         return (0);
463 }
464 #endif
465
466 struct pv_chunks_list {
467         struct mtx pvc_lock;
468         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
469         int active_reclaims;
470 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
471
472 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
473
474 #ifdef  NUMA
475 struct pmap_large_md_page {
476         struct rwlock   pv_lock;
477         struct md_page  pv_page;
478         u_long pv_invl_gen;
479 };
480 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
481 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
482 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
483 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
484 #else
485 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
486 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
487 static struct md_page *pv_table;
488 static struct md_page pv_dummy;
489 #endif
490
491 /*
492  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
493  */
494 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
495 caddr_t CADDR1 = 0;
496 static vm_offset_t qframe = 0;
497 static struct mtx qframe_mtx;
498
499 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
500
501 static vmem_t *large_vmem;
502 static u_int lm_ents;
503 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
504         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
505
506 int pmap_pcid_enabled = 1;
507 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
508     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
509 int invpcid_works = 0;
510 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
511     "Is the invpcid instruction available ?");
512
513 int __read_frequently pti = 0;
514 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
515     &pti, 0,
516     "Page Table Isolation enabled");
517 static vm_object_t pti_obj;
518 static pml4_entry_t *pti_pml4;
519 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
520 static bool pti_finalized;
521
522 struct pmap_pkru_range {
523         struct rs_el    pkru_rs_el;
524         u_int           pkru_keyidx;
525         int             pkru_flags;
526 };
527
528 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
529 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
530 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
531 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
532 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
533 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
534 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
535 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
536 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
537
538 static int
539 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
540 {
541         int i;
542         uint64_t res;
543
544         res = 0;
545         CPU_FOREACH(i) {
546                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
547         }
548         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
549 }
550 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
551     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
552     "Count of saved TLB context on switch");
553
554 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
555     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
556 static struct mtx invl_gen_mtx;
557 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
558 static struct lock_object invl_gen_ts = {
559         .lo_name = "invlts",
560 };
561 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
562         .gen = 1,
563         .next = NULL,
564 };
565 static u_long pmap_invl_gen = 1;
566 static int pmap_invl_waiters;
567 static struct callout pmap_invl_callout;
568 static bool pmap_invl_callout_inited;
569
570 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
571     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
572
573 static bool
574 pmap_di_locked(void)
575 {
576         int tun;
577
578         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
579                 return (true);
580         tun = 0;
581         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
582         return (tun != 0);
583 }
584
585 static int
586 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
587 {
588         int locked;
589
590         locked = pmap_di_locked();
591         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
592 }
593 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
594     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
595     "Locked delayed invalidation");
596
597 static bool pmap_not_in_di_l(void);
598 static bool pmap_not_in_di_u(void);
599 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
600 {
601
602         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
603 }
604
605 static bool
606 pmap_not_in_di_l(void)
607 {
608         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
609
610         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
611         return (invl_gen->gen == 0);
612 }
613
614 static void
615 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
616 {
617         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
618
619         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
620         invl_gen->gen = 0;
621 }
622
623 static void
624 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
625 {
626         struct turnstile *ts;
627
628         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
629         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
630                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
631         else
632                 turnstile_cancel(ts);
633 }
634
635 static void
636 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
637 {
638         struct turnstile *ts;
639
640         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
641         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
642         if (new_gen != 0)
643                 pmap_invl_gen = new_gen;
644         if (ts != NULL) {
645                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
646                 turnstile_unpend(ts);
647         }
648         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
649 }
650
651 /*
652  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
653  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
654  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
655  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
656  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
657  * pmap active.
658  */
659 static void
660 pmap_delayed_invl_start_l(void)
661 {
662         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
663         u_long currgen;
664
665         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
666         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
667         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
668         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
669                 currgen = pmap_invl_gen;
670         else
671                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
672         invl_gen->gen = currgen + 1;
673         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
674         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
675 }
676
677 /*
678  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
679  * required TLB flushes for the pages marked by
680  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
681  * called.
682  *
683  * This function works by bumping the global DI generation number to
684  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
685  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
686  * global DI generation number would incorrectly signal that the
687  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
688  * DI's generation number to match the generation number of the
689  * current thread's DI.
690  */
691 static void
692 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
693 {
694         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
695
696         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
697         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
698         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
699         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
700         if (next == NULL)
701                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
702         else
703                 next->gen = invl_gen->gen;
704         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
705         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
706         invl_gen->gen = 0;
707 }
708
709 static bool
710 pmap_not_in_di_u(void)
711 {
712         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
713
714         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
715         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
716 }
717
718 static void
719 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
720 {
721         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
722
723         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
724         invl_gen->gen = 0;
725         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
726 }
727
728 static bool
729 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
730 {
731         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
732         char res;
733
734         old_low = new_low = 0;
735         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
736
737         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
738             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
739             : "b"(new_low), "c" (new_high)
740             : "memory", "cc");
741         if (res == 0) {
742                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
743                         return (false);
744                 out->gen = old_low;
745                 out->next = (void *)old_high;
746         } else {
747                 out->gen = new_low;
748                 out->next = (void *)new_high;
749         }
750         return (true);
751 }
752
753 static bool
754 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
755     struct pmap_invl_gen *new_val)
756 {
757         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
758         char res;
759
760         new_low = new_val->gen;
761         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
762         old_low = old_val->gen;
763         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
764
765         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
766             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
767             : "b"(new_low), "c" (new_high)
768             : "memory", "cc");
769         return (res);
770 }
771
772 #ifdef PV_STATS
773 static long invl_start_restart;
774 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
775     &invl_start_restart, 0,
776     "");
777 static long invl_finish_restart;
778 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
779     &invl_finish_restart, 0,
780     "");
781 static int invl_max_qlen;
782 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
783     &invl_max_qlen, 0,
784     "");
785 #endif
786
787 #define di_delay        locks_delay
788
789 static void
790 pmap_delayed_invl_start_u(void)
791 {
792         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
793         struct thread *td;
794         struct lock_delay_arg lda;
795         uintptr_t prevl;
796         u_char pri;
797 #ifdef PV_STATS
798         int i, ii;
799 #endif
800
801         td = curthread;
802         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
803         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
804         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
805         invl_gen->saved_pri = 0;
806         pri = td->td_base_pri;
807         if (pri > PVM) {
808                 thread_lock(td);
809                 pri = td->td_base_pri;
810                 if (pri > PVM) {
811                         invl_gen->saved_pri = pri;
812                         sched_prio(td, PVM);
813                 }
814                 thread_unlock(td);
815         }
816 again:
817         PV_STAT(i = 0);
818         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
819                 PV_STAT(i++);
820                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
821                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
822                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
823                         lock_delay(&lda);
824                         goto again;
825                 }
826                 if (prevl == 0)
827                         break;
828                 prev.next = (void *)prevl;
829         }
830 #ifdef PV_STATS
831         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
832                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
833 #endif
834
835         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
836                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
837                 lock_delay(&lda);
838                 goto again;
839         }
840
841         new_prev.gen = prev.gen;
842         new_prev.next = invl_gen;
843         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
844
845         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
846         atomic_thread_fence_rel();
847
848         /*
849          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
850          * this thread blocks any other thread trying to enter the
851          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
852          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
853          */
854         critical_enter();
855
856         /*
857          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
858          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
859          * started a new one and got inserted into the list at the
860          * same place, its gen will appear greater than the previously
861          * read gen.
862          */
863         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
864                 critical_exit();
865                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
866                 lock_delay(&lda);
867                 goto again;
868         }
869
870         /*
871          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
872          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
873          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
874          * write and the update of next.
875          */
876         invl_gen->next = NULL;
877         critical_exit();
878 }
879
880 static bool
881 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
882     struct pmap_invl_gen *p)
883 {
884         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
885         u_long mygen;
886
887         /*
888          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
889          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
890          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
891          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
892          */
893         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
894
895         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
896                 return (false);
897
898         KASSERT(prev.gen < mygen,
899             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
900         new_prev.gen = mygen;
901         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
902             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
903
904         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
905         atomic_thread_fence_rel();
906
907         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
908 }
909
910 static void
911 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
912 {
913         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
914         struct thread *td;
915         struct lock_delay_arg lda;
916         uintptr_t prevl;
917
918         td = curthread;
919         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
920         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
921         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
922             ("missed invl_start: INVALID"));
923         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
924
925 again:
926         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
927                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
928                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
929                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
930                         lock_delay(&lda);
931                         goto again;
932                 }
933                 if ((void *)prevl == invl_gen)
934                         break;
935         }
936
937         /*
938          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
939          * thread before us finished its DI and started it again.
940          */
941         if (__predict_false(p == NULL)) {
942                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
943                 lock_delay(&lda);
944                 goto again;
945         }
946
947         critical_enter();
948         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
949             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
950         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
951                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
952                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
953                 critical_exit();
954                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
955                 lock_delay(&lda);
956                 goto again;
957         }
958         critical_exit();
959         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
960                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
961         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
962                 thread_lock(td);
963                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
964                 thread_unlock(td);
965         }
966 }
967
968 #ifdef DDB
969 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
970 {
971         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
972         struct thread *td;
973         uintptr_t nextl;
974         bool first;
975
976         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
977             first = false) {
978                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
979                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
980                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
981                     td_md.md_invl_gen);
982                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
983                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
984                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
985         }
986 }
987 #endif
988
989 #ifdef PV_STATS
990 static long invl_wait;
991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
992     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
993 static long invl_wait_slow;
994 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
995     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
996 #endif
997
998 #ifdef NUMA
999 static u_long *
1000 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1001 {
1002         vm_paddr_t pa;
1003         u_long *gen;
1004
1005         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1006         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1007                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1008         else
1009                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1010
1011         return (gen);
1012 }
1013 #else
1014 static u_long *
1015 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1016 {
1017
1018         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1019 }
1020 #endif
1021
1022 static void
1023 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1024 {
1025
1026         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1027                 return;
1028         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1029 }
1030
1031 static void
1032 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1033 {
1034
1035         if (pmap_di_locked())
1036                 return;
1037         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1038         pmap_invl_callout_inited = true;
1039 }
1040 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1041     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1042
1043 /*
1044  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1045  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1046  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1047  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1048  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1049  *
1050  * This function works by blocking until the global DI generation
1051  * number catches up with the generation number associated with the
1052  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1053  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1054  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1055  * processor.
1056  */
1057 static void
1058 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1059 {
1060         u_long *m_gen;
1061 #ifdef PV_STATS
1062         bool accounted = false;
1063 #endif
1064
1065         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1066         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1067 #ifdef PV_STATS
1068                 if (!accounted) {
1069                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1070                         accounted = true;
1071                 }
1072 #endif
1073                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1074         }
1075 }
1076
1077 static void
1078 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1079 {
1080         u_long *m_gen;
1081         struct lock_delay_arg lda;
1082         bool fast;
1083
1084         fast = true;
1085         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1086         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1087         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1088                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1089                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1090                         lock_delay(&lda);
1091                         fast = false;
1092                 } else {
1093                         /*
1094                          * The page's invalidation generation number
1095                          * is still below the current thread's number.
1096                          * Prepare to block so that we do not waste
1097                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1098                          *
1099                          * Since it is impossible to block without
1100                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1101                          * prepare for the race by incrementing
1102                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1103                          * callout which will unblock us if we lose
1104                          * the race.
1105                          */
1106                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1107
1108                         /*
1109                          * Re-check the current thread's invalidation
1110                          * generation after incrementing
1111                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1112                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1113                          * the page generation and checking
1114                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1115                          * is for a missed unblock, which is handled
1116                          * by the callout.
1117                          */
1118                         if (*m_gen >
1119                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1120                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1121                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1122                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1123                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1124                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1125                         }
1126                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1127                 }
1128         }
1129 }
1130
1131 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1132 {
1133
1134         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1135             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1136 }
1137
1138 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1139 {
1140
1141         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1142             pmap_delayed_invl_start_u);
1143 }
1144
1145 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1146 {
1147
1148         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1149             pmap_delayed_invl_finish_u);
1150 }
1151
1152 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1153 {
1154
1155         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1156             pmap_delayed_invl_wait_u);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1161  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1162  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1163  * block to complete before proceeding.
1164  *
1165  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1166  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1167  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1168  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1169  */
1170 static void
1171 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1172 {
1173         u_long gen, *m_gen;
1174
1175         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1176         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1177         if (gen == 0)
1178                 return;
1179         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1180         if (*m_gen < gen)
1181                 *m_gen = gen;
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Crashdump maps.
1186  */
1187 static caddr_t crashdumpmap;
1188
1189 /*
1190  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1191  */
1192 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1193 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1194
1195 /*
1196  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1197  * pmap_change_props_locked().
1198  */
1199 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1200 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1201 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1202
1203 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1204
1205 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1206 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1207 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1208 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1209 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1210 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1211 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1212                     struct rwlock **lockp);
1213 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1214                     struct rwlock **lockp);
1215 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1216                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1217 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1218 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1219                     struct rwlock **lockp);
1220 #endif
1221 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1222 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1223                     vm_offset_t va);
1224
1225 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1226 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1227     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1228 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1229 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1230     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1231 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1232     vm_offset_t va);
1233 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1234                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1235 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1236                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1237 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1238     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1239 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1240 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1241 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1242     vm_offset_t eva);
1243 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1244     vm_offset_t eva);
1245 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1246                     pd_entry_t pde);
1247 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1248 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1249 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1250 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1251 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1252     struct rwlock **lockp);
1253 #endif
1254 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1255     vm_prot_t prot);
1256 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1257 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1258     bool exec);
1259 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1260 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1261 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1262 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1263     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1264 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1265     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1266 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1267 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1268     struct spglist *free);
1269 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1270                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1271                     struct rwlock **lockp);
1272 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1273     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1274 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1275     pd_entry_t newpde);
1276 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1277
1278 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1279                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1280 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1281                 struct rwlock **lockp);
1282 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1283                 struct rwlock **lockp);
1284
1285 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1286     struct spglist *free);
1287 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1288
1289 /********************/
1290 /* Inline functions */
1291 /********************/
1292
1293 /*
1294  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1295  * pages indexes at the corresponding level.
1296  */
1297 static __inline vm_pindex_t
1298 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1299 {
1300         return (va >> PDRSHIFT);
1301 }
1302
1303 static __inline vm_pindex_t
1304 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1305 {
1306         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1307 }
1308
1309 static __inline vm_pindex_t
1310 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1311 {
1312         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1313 }
1314
1315 static __inline vm_pindex_t
1316 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1317 {
1318         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1319 }
1320
1321 static __inline pml4_entry_t *
1322 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1323 {
1324
1325         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1326         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1327 }
1328
1329 static __inline pml4_entry_t *
1330 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1331 {
1332
1333         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1334         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1335 }
1336
1337 static __inline pml4_entry_t *
1338 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1339 {
1340         pml4_entry_t *pml4e;
1341
1342         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1343         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1344         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1345 }
1346
1347 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1348 static __inline pml4_entry_t *
1349 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1350 {
1351         pml5_entry_t *pml5e;
1352         pml4_entry_t *pml4e;
1353         pt_entry_t PG_V;
1354
1355         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1356                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1357                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1358                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1359                         return (NULL);
1360                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1361         } else {
1362                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1363         }
1364         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1365 }
1366
1367 static __inline pml4_entry_t *
1368 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1369 {
1370         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1371         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1372 }
1373
1374 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1375 static __inline pdp_entry_t *
1376 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1377 {
1378         pdp_entry_t *pdpe;
1379
1380         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1381         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1382 }
1383
1384 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1385 static __inline pdp_entry_t *
1386 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1387 {
1388         pml4_entry_t *pml4e;
1389         pt_entry_t PG_V;
1390
1391         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1392         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1393         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1394                 return (NULL);
1395         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1396 }
1397
1398 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1399 static __inline pd_entry_t *
1400 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1401 {
1402         pd_entry_t *pde;
1403
1404         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1405             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1406         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1407         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1408 }
1409
1410 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1411 static __inline pd_entry_t *
1412 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1413 {
1414         pdp_entry_t *pdpe;
1415         pt_entry_t PG_V;
1416
1417         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1418         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1419         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1420                 return (NULL);
1421         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1422             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1423         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1424 }
1425
1426 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1427 static __inline pt_entry_t *
1428 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1429 {
1430         pt_entry_t *pte;
1431
1432         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1433             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1434         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1435         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1436 }
1437
1438 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1439 static __inline pt_entry_t *
1440 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1441 {
1442         pd_entry_t *pde;
1443         pt_entry_t PG_V;
1444
1445         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1446         pde = pmap_pde(pmap, va);
1447         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1448                 return (NULL);
1449         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1450                 return ((pt_entry_t *)pde);
1451         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1452 }
1453
1454 static __inline void
1455 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1456 {
1457
1458         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1459         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1460 }
1461
1462 static __inline void
1463 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1464 {
1465
1466         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1467         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1468             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1469             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1470         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1471 }
1472
1473 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1474 vtopte(vm_offset_t va)
1475 {
1476         u_int64_t mask;
1477
1478         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1479
1480         if (la57) {
1481                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1482                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1483                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1484         } else {
1485                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1486                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1487                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1488         }
1489 }
1490
1491 static __inline pd_entry_t *
1492 vtopde(vm_offset_t va)
1493 {
1494         u_int64_t mask;
1495
1496         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1497
1498         if (la57) {
1499                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1500                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1501                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1502         } else {
1503                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1504                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1505                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1506         }
1507 }
1508
1509 static u_int64_t
1510 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1511 {
1512         u_int64_t ret;
1513
1514         ret = *firstaddr;
1515         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1516         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1517         return (ret);
1518 }
1519
1520 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1521
1522 /* number of kernel PDP slots */
1523 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1524
1525 static void
1526 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1527 {
1528         int pt_pages;
1529
1530 #ifdef NKPT
1531         pt_pages = NKPT;
1532 #else
1533         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1534         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1535
1536         /*
1537          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1538          * the kernel.
1539          *
1540          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1541          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1542          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1543          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1544          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1545          * physical memory.
1546          *
1547          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1548          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1549          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1550          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1551          * not uncommon.
1552          */
1553         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1554 #endif
1555         nkpt = pt_pages;
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1560  * part of the initial boot allocations.
1561  *
1562  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1563  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1564  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1565  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1566  *
1567  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1568  * way.
1569  */
1570 static inline pt_entry_t
1571 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1572 {
1573
1574         /*
1575          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1576          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1577          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1578          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1579          * fixed up by the linker.
1580          */
1581         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1582             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1583                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1584
1585         /*
1586          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1587          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1588          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1589          * read-write data needs to be read-write.
1590          */
1591         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1592                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1593
1594         /*
1595          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1596          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1597          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1598          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1599          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1600          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1601          * set CR0.WP.
1602          */
1603         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1604                 return (0);
1605         return (pg_nx);
1606 }
1607
1608 static void
1609 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1610 {
1611         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1612         pd_entry_t *pd_p;
1613         pdp_entry_t *pdp_p;
1614         pml4_entry_t *p4_p;
1615         uint64_t DMPDkernphys;
1616
1617         /* Allocate page table pages for the direct map */
1618         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1619         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1620                 ndmpdp = 4;
1621         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1622         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1623                 /*
1624                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1625                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1626                  */
1627                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1628                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1629                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1630                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1631         }
1632         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1633         ndm1g = 0;
1634         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1635                 /*
1636                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1637                  * Maxmem.
1638                  */
1639                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1640
1641                 /*
1642                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1643                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1644                  */
1645                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1646                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1647         }
1648         if (ndm1g < ndmpdp)
1649                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1650         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1651
1652         /* Allocate pages */
1653         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1654         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1655
1656         /*
1657          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1658          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1659          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1660          * build in too much slop in our estimate.
1661          *
1662          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1663          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1664          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1665          */
1666         nkpt_init(*firstaddr);
1667         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1668
1669         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1670         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1671
1672         /*
1673          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1674          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1675          * the PTmap.
1676          */
1677         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1678         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1679                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1680
1681         /*
1682          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1683          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1684          * created above.
1685          */
1686         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1687                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1688                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1689                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1690
1691         /*
1692          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1693          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1694          * virtual address space.
1695          */
1696         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1697                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1698
1699         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1700         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1701         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1702                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1703
1704         /*
1705          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1706          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1707          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1708          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1709          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1710          * that are partially used. 
1711          */
1712         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1713         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1714                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1715                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1716                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1717                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1718         }
1719         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1720         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1721                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1722                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1723                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1724                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1725         }
1726         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1727                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1728                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1729         }
1730
1731         /*
1732          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1733          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1734          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1735          */
1736         if (ndm1g) {
1737                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1738                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1739                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1740                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1741                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1742                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1743                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1744                             X86_PG_V | pg_nx;
1745         }
1746
1747         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1748         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1749         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1750         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1751
1752         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1753         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1754                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1755                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1756         }
1757
1758         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1759         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1760                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1761                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1762         }
1763
1764         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1765 }
1766
1767 /*
1768  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1769  *
1770  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1771  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1772  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1773  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1774  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1775  *      (physical) address starting relative to 0]
1776  */
1777 void
1778 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1779 {
1780         vm_offset_t va;
1781         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1782         struct region_descriptor r_gdt;
1783         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1784         u_long res;
1785         int i;
1786
1787         KERNend = *firstaddr;
1788         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1789
1790         if (!pti)
1791                 pg_g = X86_PG_G;
1792
1793         /*
1794          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1795          */
1796         create_pagetables(firstaddr);
1797
1798         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1799
1800         /*
1801          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1802          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1803          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1804          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1805          * addresses to superpage mappings.
1806          */
1807         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1808
1809         /*
1810          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1811          */
1812         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1813         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1814
1815         /*
1816          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1817          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1818          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1819          * correct now.
1820          */
1821         cr4 = rcr4();
1822         cr4 |= CR4_PGE;
1823         load_cr4(cr4);
1824         load_cr3(KPML4phys);
1825         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1826                 cr4 |= CR4_SMEP;
1827         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1828                 cr4 |= CR4_SMAP;
1829         load_cr4(cr4);
1830
1831         /*
1832          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1833          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1834          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1835          */
1836         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1837         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1838         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1839         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1840         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1841         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1842         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1843         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1844
1845         /*
1846          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1847          */
1848         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1849
1850         /*
1851          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1852          * mapping of pages.
1853          */
1854 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1855         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1856
1857         va = virtual_avail;
1858         pte = vtopte(va);
1859
1860         /*
1861          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1862          * memory test.
1863          */
1864         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1865         CADDR1 = crashdumpmap;
1866
1867         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1868         virtual_avail = va;
1869
1870         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1871                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1872                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1873         }
1874
1875         /*
1876          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1877          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1878          */
1879         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1880         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1881         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1882         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1883         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1884         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1885             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1886         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1887             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1888         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1889         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1890             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1891         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1892         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1893         lgdt(&r_gdt);
1894         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1895         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1896         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1897         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1898
1899         /*
1900          * Initialize the PAT MSR.
1901          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1902          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1903          * have been created in our pre-boot environment.
1904          */
1905         pmap_init_pat();
1906
1907         /* Initialize TLB Context Id. */
1908         if (pmap_pcid_enabled) {
1909                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1910                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1911                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1912                 }
1913
1914                 /*
1915                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1916                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1917                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1918                  * needs to be valid.
1919                  */
1920                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1921                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1922
1923                 /*
1924                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1925                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1926                  * during pcpu setup.
1927                  */
1928                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1929         }
1930 }
1931
1932 /*
1933  * Setup the PAT MSR.
1934  */
1935 void
1936 pmap_init_pat(void)
1937 {
1938         uint64_t pat_msr;
1939         u_long cr0, cr4;
1940         int i;
1941
1942         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1943         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1944                 panic("no PAT??");
1945
1946         /* Set default PAT index table. */
1947         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1948                 pat_index[i] = -1;
1949         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1950         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1951         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1952         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1953         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1954         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1955
1956         /*
1957          * Initialize default PAT entries.
1958          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1959          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1960          *
1961          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1962          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1963          * to its overload with PG_PS.
1964          */
1965         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1966             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1967             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1968             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1969             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1970             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1971             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1972             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1973
1974         /* Disable PGE. */
1975         cr4 = rcr4();
1976         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1977
1978         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1979         cr0 = rcr0();
1980         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1981
1982         /* Flushes caches and TLBs. */
1983         wbinvd();
1984         invltlb();
1985
1986         /* Update PAT and index table. */
1987         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1988
1989         /* Flush caches and TLBs again. */
1990         wbinvd();
1991         invltlb();
1992
1993         /* Restore caches and PGE. */
1994         load_cr0(cr0);
1995         load_cr4(cr4);
1996 }
1997
1998 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
1999     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2000
2001 static void
2002 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2003 {
2004         char *v_code;
2005         pml5_entry_t *v_pml5;
2006         pml4_entry_t *v_pml4;
2007         pdp_entry_t *v_pdp;
2008         pd_entry_t *v_pd;
2009         pt_entry_t *v_pt;
2010         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2011         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2012         struct region_descriptor r_gdt;
2013
2014         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2015                 return;
2016         if (!TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57))
2017                 la57 = 1;
2018         if (!la57)
2019                 return;
2020
2021         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2022         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2023
2024         m_code = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2025             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2026             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2027         if ((m_code->flags & PG_ZERO) == 0)
2028                 pmap_zero_page(m_code);
2029         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2030         m_pml5 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2031             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2032             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2033         if ((m_pml5->flags & PG_ZERO) == 0)
2034                 pmap_zero_page(m_pml5);
2035         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2036         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2037         m_pml4 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2038             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2039             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2040         if ((m_pml4->flags & PG_ZERO) == 0)
2041                 pmap_zero_page(m_pml4);
2042         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2043         m_pdp = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2044             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2045             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2046         if ((m_pdp->flags & PG_ZERO) == 0)
2047                 pmap_zero_page(m_pdp);
2048         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2049         m_pd = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2050             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2051             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2052         if ((m_pd->flags & PG_ZERO) == 0)
2053                 pmap_zero_page(m_pd);
2054         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2055         m_pt = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2056             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2057             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2058         if ((m_pt->flags & PG_ZERO) == 0)
2059                 pmap_zero_page(m_pt);
2060         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2061
2062         /*
2063          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2064          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2065          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2066          */
2067         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2068             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2069             X86_PG_M;
2070         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2071             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2072             X86_PG_M;
2073         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2074             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2075             X86_PG_M;
2076         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2077             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2078             X86_PG_M;
2079
2080         /*
2081          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2082          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2083          */
2084         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2085             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2086
2087         /*
2088          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2089          */
2090         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2091             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2092             X86_PG_M;
2093         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2094             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2095             X86_PG_M;
2096
2097         /*
2098          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2099          */
2100         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2101         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2102             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2103         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2104         la57_tramp(KPML5phys);
2105
2106         /*
2107          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2108          */
2109         lgdt(&r_gdt);
2110         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2111         load_ds(_udatasel);
2112         load_es(_udatasel);
2113         load_fs(_ufssel);
2114         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2115             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2116         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2117
2118         /*
2119          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2120          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2121          */
2122         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2123         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2124         vm_page_free(m_code);
2125         vm_page_free(m_pdp);
2126         vm_page_free(m_pd);
2127         vm_page_free(m_pt);
2128
2129         /* 
2130          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2131          * PDmap.
2132          */
2133         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2134
2135         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2136         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2137 }
2138 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2139
2140 /*
2141  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2142  */
2143 void
2144 pmap_page_init(vm_page_t m)
2145 {
2146
2147         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2148         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2149 }
2150
2151 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2152 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2153     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2154     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2155
2156 void
2157 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2158 {
2159         /*
2160          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2161          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2162          */
2163         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2164             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2165             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2166             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2167             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2168             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2169             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2170             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2171             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2172             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2173             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2174             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2175             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2176             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2177             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2178             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2179             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2180             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2181             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2182             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2183             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2184                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2185         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2186 }
2187
2188 static bool
2189 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2190 {
2191
2192         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2193             !pmap_allow_2m_x_ept);
2194 }
2195
2196 #ifdef NUMA
2197 static void
2198 pmap_init_pv_table(void)
2199 {
2200         struct pmap_large_md_page *pvd;
2201         vm_size_t s;
2202         long start, end, highest, pv_npg;
2203         int domain, i, j, pages;
2204
2205         /*
2206          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2207          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2208          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2209          */
2210         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2211
2212         /*
2213          * Calculate the size of the array.
2214          */
2215         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2216         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2217         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2218         s = round_page(s);
2219         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2220         if (pv_table == NULL)
2221                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2222
2223         /*
2224          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2225          */
2226         highest = -1;
2227         s = 0;
2228         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2229                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2230                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2231
2232                 if (highest >= end)
2233                         continue;
2234
2235                 start = highest + 1;
2236                 pvd = &pv_table[start];
2237
2238                 pages = end - start + 1;
2239                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2240                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2241
2242                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2243                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2244                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2245                         if (m == NULL)
2246                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2247                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2248                 }
2249
2250                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2251                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2252                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2253                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2254                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2255                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2256                         pvd++;
2257                 }
2258         }
2259         pvd = &pv_dummy_large;
2260         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2261         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2262         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2263         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2264         pvd->pv_invl_gen = 0;
2265 }
2266 #else
2267 static void
2268 pmap_init_pv_table(void)
2269 {
2270         vm_size_t s;
2271         long i, pv_npg;
2272
2273         /*
2274          * Initialize the pool of pv list locks.
2275          */
2276         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2277                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2278
2279         /*
2280          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2281          */
2282         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2283
2284         /*
2285          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2286          */
2287         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2288         s = round_page(s);
2289         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2290         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2291                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2292         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2293 }
2294 #endif
2295
2296 /*
2297  *      Initialize the pmap module.
2298  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2299  *      system needs to map virtual memory.
2300  */
2301 void
2302 pmap_init(void)
2303 {
2304         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2305         vm_page_t m, mpte;
2306         int error, i, ret, skz63;
2307
2308         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2309         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2310
2311         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2312         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2313             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2314                 /*
2315                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2316                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2317                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2318                  *
2319                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2320                  * seems to be impossible to distinguish between
2321                  * Skylake Server and Skylake X.
2322                  */
2323                 skz63 = 1;
2324                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2325                 if (skz63 != 0) {
2326                         if (bootverbose)
2327                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2328                                     "at physical 1G\n");
2329                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2330                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2331                                     ptoa(i), FALSE);
2332                                 if (!ret && bootverbose)
2333                                         printf("page at %#lx already used\n",
2334                                             0x40000000 + ptoa(i));
2335                         }
2336                 }
2337         }
2338
2339         /* IFU */
2340         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2341
2342         /*
2343          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2344          * page table pages.
2345          */ 
2346         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2347         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2348                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2349                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2350                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2351                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2352                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2353                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2354                 mpte->ref_count = 1;
2355
2356                 /*
2357                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2358                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2359                  */
2360                 if ((vm_paddr_t)i << PDRSHIFT < KERNend &&
2361                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2362                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2363         }
2364         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2365         vm_wire_add(nkpt);
2366
2367         /*
2368          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2369          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2370          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2371          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2372          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2373          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2374          * or newer AMD processors.
2375          */
2376         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2377             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2378             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2379             AMDID2_FMA4)) == 0)
2380                 workaround_erratum383 = 1;
2381
2382         /*
2383          * Are large page mappings enabled?
2384          */
2385         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2386         if (pg_ps_enabled) {
2387                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2388                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2389                 pagesizes[1] = NBPDR;
2390                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2391                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2392                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2393                         pagesizes[2] = NBPDP;
2394                 }
2395         }
2396
2397         /*
2398          * Initialize pv chunk lists.
2399          */
2400         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2401                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2402                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2403         }
2404         pmap_init_pv_table();
2405
2406         pmap_initialized = 1;
2407         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2408                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2409                 if (ppim->va == 0)
2410                         continue;
2411                 /* Make the direct map consistent */
2412                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2413                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2414                             ppim->sz, ppim->mode);
2415                 }
2416                 if (!bootverbose)
2417                         continue;
2418                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2419                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2420         }
2421
2422         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2423         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2424             (vmem_addr_t *)&qframe);
2425         if (error != 0)
2426                 panic("qframe allocation failed");
2427
2428         lm_ents = 8;
2429         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2430         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2431                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2432         if (bootverbose)
2433                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2434                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2435         if (lm_ents != 0) {
2436                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2437                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2438                 if (large_vmem == NULL) {
2439                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2440                         lm_ents = 0;
2441                 }
2442                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2443                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2444                         /* XXXKIB la57 */
2445                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2446                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2447                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2448                 }
2449         }
2450 }
2451
2452 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2453     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2454     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2455     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2456
2457 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2458     "2MB page mapping counters");
2459
2460 static u_long pmap_pde_demotions;
2461 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2462     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2463
2464 static u_long pmap_pde_mappings;
2465 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2466     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2467
2468 static u_long pmap_pde_p_failures;
2469 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2470     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2471
2472 static u_long pmap_pde_promotions;
2473 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2474     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2475
2476 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2477     "1GB page mapping counters");
2478
2479 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2480 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2481     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2482
2483 /***************************************************
2484  * Low level helper routines.....
2485  ***************************************************/
2486
2487 static pt_entry_t
2488 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2489 {
2490         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2491
2492         switch (pmap->pm_type) {
2493         case PT_X86:
2494         case PT_RVI:
2495                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2496                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2497                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2498
2499                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2500                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2501                         entry ^= x86_pat_bits;
2502                 break;
2503         case PT_EPT:
2504                 /*
2505                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2506                  * the same way for regular pages and superpages.
2507                  */
2508                 break;
2509         default:
2510                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2511         }
2512
2513         return (entry);
2514 }
2515
2516 boolean_t
2517 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2518 {
2519
2520         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2521             pat_index[(int)mode] >= 0);
2522 }
2523
2524 /*
2525  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2526  * caching mode.
2527  */
2528 int
2529 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2530 {
2531         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2532
2533         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2534                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2535
2536         switch (pmap->pm_type) {
2537         case PT_X86:
2538         case PT_RVI:
2539                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2540                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2541
2542                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2543                 pat_idx = pat_index[mode];
2544
2545                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2546                 cache_bits = 0;
2547                 if (pat_idx & 0x4)
2548                         cache_bits |= pat_flag;
2549                 if (pat_idx & 0x2)
2550                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2551                 if (pat_idx & 0x1)
2552                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2553                 break;
2554
2555         case PT_EPT:
2556                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2557                 break;
2558
2559         default:
2560                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2561         }
2562
2563         return (cache_bits);
2564 }
2565
2566 static int
2567 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2568 {
2569         int mask;
2570
2571         switch (pmap->pm_type) {
2572         case PT_X86:
2573         case PT_RVI:
2574                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2575                 break;
2576         case PT_EPT:
2577                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2578                 break;
2579         default:
2580                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2581         }
2582
2583         return (mask);
2584 }
2585
2586 static int
2587 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2588 {
2589         int pat_flag, pat_idx;
2590
2591         pat_idx = 0;
2592         switch (pmap->pm_type) {
2593         case PT_X86:
2594         case PT_RVI:
2595                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2596                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2597
2598                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2599                         pat_idx |= 0x4;
2600                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2601                         pat_idx |= 0x2;
2602                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2603                         pat_idx |= 0x1;
2604                 break;
2605         case PT_EPT:
2606                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2607                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2608                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2609                 break;
2610         }
2611
2612         /* See pmap_init_pat(). */
2613         if (pat_idx == 4)
2614                 pat_idx = 0;
2615         if (pat_idx == 7)
2616                 pat_idx = 3;
2617
2618         return (pat_idx);
2619 }
2620
2621 bool
2622 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2623 {
2624
2625         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2626 }
2627
2628 static void
2629 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2630 {
2631
2632         switch (pmap->pm_type) {
2633         case PT_X86:
2634                 break;
2635         case PT_RVI:
2636         case PT_EPT:
2637                 /*
2638                  * XXX
2639                  * This is a little bogus since the generation number is
2640                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2641                  * space is invalidated in the page tables.
2642                  *
2643                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2644                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2645                  * invalidated in the TLB.
2646                  *
2647                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2648                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2649                  * side-effect.
2650                  */
2651                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2652                 break;
2653         default:
2654                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2655         }
2656         pde_store(pde, newpde);
2657 }
2658
2659 /*
2660  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2661  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2662  * calling processor's TLB is affected.
2663  *
2664  * The calling thread must be pinned to a processor.
2665  */
2666 static void
2667 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2668 {
2669         pt_entry_t PG_G;
2670
2671         if (pmap_type_guest(pmap))
2672                 return;
2673
2674         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2675             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2676
2677         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2678
2679         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2680                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2681                 invlpg(va);
2682         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2683                 /*
2684                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2685                  * because there are too many to flush individually.
2686                  */
2687                 invltlb();
2688         else {
2689                 /*
2690                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2691                  * including any global (PG_G) mappings.
2692                  */
2693                 invltlb_glob();
2694         }
2695 }
2696 #ifdef SMP
2697
2698 /*
2699  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2700  *
2701  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2702  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2703  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2704  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2705  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2706  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2707  * one of the following functions but before a store updating the page
2708  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2709  * processor before its pm_active field is checked but due to
2710  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2711  * pmap as inactive on the other processor.
2712  * 
2713  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2714  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2715  * processor.
2716  */
2717
2718 /*
2719  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2720  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2721  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2722  */
2723 static __inline void
2724 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2725 {
2726         smr_seq_t goal;
2727         int ipinum;
2728
2729         sched_pin();
2730         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2731             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2732
2733         /*
2734          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2735          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2736          *
2737          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2738          * are flushed from the TLB on each context switch.
2739          *
2740          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2741          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2742          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2743          *
2744          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2745          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2746          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2747          *
2748          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
2749          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
2750          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
2751          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
2752          * a superset of active readers, and any reader that has observed
2753          * the goal has observed the new counter value.
2754          */
2755         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2756
2757         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
2758
2759         /*
2760          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2761          */
2762         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2763         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2764         sched_unpin();
2765
2766         /*
2767          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
2768          * value before executing any more guest instructions.
2769          */
2770         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
2771 }
2772
2773 static cpuset_t
2774 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2775 {
2776         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2777 }
2778
2779 static inline void
2780 pmap_invalidate_preipi_pcid(pmap_t pmap)
2781 {
2782         u_int cpuid, i;
2783
2784         sched_pin();
2785
2786         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2787         if (pmap != PCPU_GET(curpmap))
2788                 cpuid = 0xffffffff;     /* An impossible value */
2789
2790         CPU_FOREACH(i) {
2791                 if (cpuid != i)
2792                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2793         }
2794
2795         /*
2796          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2797          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2798          * for us to miss the bit update in pm_active and
2799          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2800          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2801          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2802          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2803          * the reciprocal fence.
2804          */
2805         atomic_thread_fence_seq_cst();
2806 }
2807
2808 static void
2809 pmap_invalidate_preipi_nopcid(pmap_t pmap __unused)
2810 {
2811         sched_pin();
2812 }
2813
2814 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_preipi, (pmap_t))
2815 {
2816         return (pmap_pcid_enabled ? pmap_invalidate_preipi_pcid :
2817             pmap_invalidate_preipi_nopcid);
2818 }
2819
2820 static inline void
2821 pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2822     const bool invpcid_works1)
2823 {
2824         struct invpcid_descr d;
2825         uint64_t kcr3, ucr3;
2826         uint32_t pcid;
2827         u_int cpuid;
2828
2829         /*
2830          * Because pm_pcid is recalculated on a context switch, we
2831          * must ensure there is no preemption, not just pinning.
2832          * Otherwise, we might use a stale value below.
2833          */
2834         CRITICAL_ASSERT(curthread);
2835
2836         /*
2837          * No need to do anything with user page tables invalidation
2838          * if there is no user page table, or invalidation is deferred
2839          * until the return to userspace.  ucr3_load_mask is stable
2840          * because we have preemption disabled.
2841          */
2842         if (pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
2843             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
2844                 return;
2845
2846         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2847
2848         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2849         if (invpcid_works1) {
2850                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2851                 d.pad = 0;
2852                 d.addr = va;
2853                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2854         } else {
2855                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2856                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2857                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2858         }
2859 }
2860
2861 static void
2862 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2863 {
2864         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, true);
2865 }
2866
2867 static void
2868 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2869 {
2870         pmap_invalidate_page_pcid_cb(pmap, va, false);
2871 }
2872
2873 static void
2874 pmap_invalidate_page_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused)
2875 {
2876 }
2877
2878 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_cb, (pmap_t, vm_offset_t))
2879 {
2880         if (pmap_pcid_enabled)
2881                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid_cb :
2882                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid_cb);
2883         return (pmap_invalidate_page_nopcid_cb);
2884 }
2885
2886 static void
2887 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2888     vm_offset_t addr2 __unused)
2889 {
2890         if (pmap == kernel_pmap) {
2891                 invlpg(va);
2892         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2893                 invlpg(va);
2894                 pmap_invalidate_page_cb(pmap, va);
2895         }
2896 }
2897
2898 void
2899 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2900 {
2901         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2902                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2903                 return;
2904         }
2905
2906         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2907             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2908
2909         pmap_invalidate_preipi(pmap);
2910         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2911             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2912 }
2913
2914 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2915 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2916
2917 static void
2918 pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2919     const bool invpcid_works1)
2920 {
2921         struct invpcid_descr d;
2922         uint64_t kcr3, ucr3;
2923         uint32_t pcid;
2924         u_int cpuid;
2925
2926         CRITICAL_ASSERT(curthread);
2927
2928         if (pmap != PCPU_GET(curpmap) ||
2929             pmap->pm_ucr3 == PMAP_NO_CR3 ||
2930             PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK)
2931                 return;
2932
2933         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2934
2935         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2936         if (invpcid_works1) {
2937                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2938                 d.pad = 0;
2939                 for (d.addr = sva; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2940                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2941         } else {
2942                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2943                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2944                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2945         }
2946 }
2947
2948 static void
2949 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2950     vm_offset_t eva)
2951 {
2952         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, true);
2953 }
2954
2955 static void
2956 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2957     vm_offset_t eva)
2958 {
2959         pmap_invalidate_range_pcid_cb(pmap, sva, eva, false);
2960 }
2961
2962 static void
2963 pmap_invalidate_range_nopcid_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t sva __unused,
2964     vm_offset_t eva __unused)
2965 {
2966 }
2967
2968 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_cb, (pmap_t, vm_offset_t,
2969     vm_offset_t))
2970 {
2971         if (pmap_pcid_enabled)
2972                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid_cb :
2973                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid_cb);
2974         return (pmap_invalidate_range_nopcid_cb);
2975 }
2976
2977 static void
2978 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2979 {
2980         vm_offset_t addr;
2981
2982         if (pmap == kernel_pmap) {
2983                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2984                         invlpg(addr);
2985         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2986                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2987                         invlpg(addr);
2988                 pmap_invalidate_range_cb(pmap, sva, eva);
2989         }
2990 }
2991
2992 void
2993 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2994 {
2995         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2996                 pmap_invalidate_all(pmap);
2997                 return;
2998         }
2999
3000         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3001                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3002                 return;
3003         }
3004
3005         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3006             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3007
3008         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3009         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
3010             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3011 }
3012
3013 static inline void
3014 pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3015 {
3016         struct invpcid_descr d;
3017         uint64_t kcr3;
3018         uint32_t pcid;
3019         u_int cpuid;
3020
3021         if (pmap == kernel_pmap) {
3022                 if (invpcid_works1) {
3023                         bzero(&d, sizeof(d));
3024                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3025                 } else {
3026                         invltlb_glob();
3027                 }
3028         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3029                 CRITICAL_ASSERT(curthread);
3030                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3031
3032                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3033                 if (invpcid_works1) {
3034                         d.pcid = pcid;
3035                         d.pad = 0;
3036                         d.addr = 0;
3037                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3038                 } else {
3039                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3040                         load_cr3(kcr3);
3041                 }
3042                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3043                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3044         }
3045 }
3046
3047 static void
3048 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb(pmap_t pmap)
3049 {
3050         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, true);
3051 }
3052
3053 static void
3054 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb(pmap_t pmap)
3055 {
3056         pmap_invalidate_all_pcid_cb(pmap, false);
3057 }
3058
3059 static void
3060 pmap_invalidate_all_nopcid_cb(pmap_t pmap)
3061 {
3062         if (pmap == kernel_pmap)
3063                 invltlb_glob();
3064         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3065                 invltlb();
3066 }
3067
3068 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_cb, (pmap_t))
3069 {
3070         if (pmap_pcid_enabled)
3071                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid_cb :
3072                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid_cb);
3073         return (pmap_invalidate_all_nopcid_cb);
3074 }
3075
3076 static void
3077 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3078     vm_offset_t addr2 __unused)
3079 {
3080         pmap_invalidate_all_cb(pmap);
3081 }
3082
3083 void
3084 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3085 {
3086         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3087                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3088                 return;
3089         }
3090
3091         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3092             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3093
3094         pmap_invalidate_preipi(pmap);
3095         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3096             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3097 }
3098
3099 static void
3100 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3101     vm_offset_t addr2 __unused)
3102 {
3103         wbinvd();
3104 }
3105
3106 void
3107 pmap_invalidate_cache(void)
3108 {
3109         sched_pin();
3110         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3111 }
3112
3113 struct pde_action {
3114         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3115         pmap_t pmap;
3116         vm_offset_t va;
3117         pd_entry_t *pde;
3118         pd_entry_t newpde;
3119         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3120 };
3121
3122 static void
3123 pmap_update_pde_action(void *arg)
3124 {
3125         struct pde_action *act = arg;
3126
3127         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3128                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3129 }
3130
3131 static void
3132 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3133 {
3134         struct pde_action *act = arg;
3135
3136         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3137                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3138 }
3139
3140 /*
3141  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3142  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3143  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3144  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3145  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3146  * hardware error.
3147  */
3148 static void
3149 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3150 {
3151         struct pde_action act;
3152         cpuset_t active, other_cpus;
3153         u_int cpuid;
3154
3155         sched_pin();
3156         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3157         other_cpus = all_cpus;
3158         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3159         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3160                 active = all_cpus;
3161         else {
3162                 active = pmap->pm_active;
3163         }
3164         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3165                 act.store = cpuid;
3166                 act.invalidate = active;
3167                 act.va = va;
3168                 act.pmap = pmap;
3169                 act.pde = pde;
3170                 act.newpde = newpde;
3171                 CPU_SET(cpuid, &active);
3172                 smp_rendezvous_cpus(active,
3173                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3174                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3175         } else {
3176                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3177                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3178                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3179         }
3180         sched_unpin();
3181 }
3182 #else /* !SMP */
3183 /*
3184  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3185  */
3186 void
3187 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3188 {
3189         struct invpcid_descr d;
3190         uint64_t kcr3, ucr3;
3191         uint32_t pcid;
3192
3193         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3194                 pmap->pm_eptgen++;
3195                 return;
3196         }
3197         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3198             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3199
3200         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3201                 invlpg(va);
3202                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3203                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3204                         critical_enter();
3205                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3206                         if (invpcid_works) {
3207                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3208                                 d.pad = 0;
3209                                 d.addr = va;
3210                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3211                         } else {
3212                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3213                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3214                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3215                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3216                         }
3217                         critical_exit();
3218                 }
3219         } else if (pmap_pcid_enabled)
3220                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3221 }
3222
3223 void
3224 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3225 {
3226         struct invpcid_descr d;
3227         vm_offset_t addr;
3228         uint64_t kcr3, ucr3;
3229
3230         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3231                 pmap->pm_eptgen++;
3232                 return;
3233         }
3234         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3235             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3236
3237         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3238                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3239                         invlpg(addr);
3240                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3241                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3242                         critical_enter();
3243                         if (invpcid_works) {
3244                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3245                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3246                                 d.pad = 0;
3247                                 d.addr = sva;
3248                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3249                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3250                         } else {
3251                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3252                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3253                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3254                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3255                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3256                         }
3257                         critical_exit();
3258                 }
3259         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3260                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3261         }
3262 }
3263
3264 void
3265 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3266 {
3267         struct invpcid_descr d;
3268         uint64_t kcr3, ucr3;
3269
3270         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3271                 pmap->pm_eptgen++;
3272                 return;
3273         }
3274         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3275             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3276
3277         if (pmap == kernel_pmap) {
3278                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3279                         bzero(&d, sizeof(d));
3280                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3281                 } else {
3282                         invltlb_glob();
3283                 }
3284         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3285                 if (pmap_pcid_enabled) {
3286                         critical_enter();
3287                         if (invpcid_works) {
3288                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3289                                 d.pad = 0;
3290                                 d.addr = 0;
3291                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3292                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3293                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3294                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3295                                 }
3296                         } else {
3297                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3298                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3299                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3300                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3301                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3302                                 } else
3303                                         load_cr3(kcr3);
3304                         }
3305                         critical_exit();
3306                 } else {
3307                         invltlb();
3308                 }
3309         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3310                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3311         }
3312 }
3313
3314 PMAP_INLINE void
3315 pmap_invalidate_cache(void)
3316 {
3317
3318         wbinvd();
3319 }
3320
3321 static void
3322 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3323 {
3324
3325         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3326         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3327                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3328         else
3329                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3330 }
3331 #endif /* !SMP */
3332
3333 static void
3334 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3335 {
3336
3337         /*
3338          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3339          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3340          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3341          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3342          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3343          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3344          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3345          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3346          * TLB.
3347          */
3348         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3349                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3350         else
3351                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3352 }
3353
3354 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3355     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3356 {
3357
3358         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3359                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3360         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3361                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3362         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3363 }
3364
3365 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3366
3367 static void
3368 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3369 {
3370
3371         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3372             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3373         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3374             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3375 }
3376
3377 static void
3378 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3379 {
3380
3381         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3382 }
3383
3384 void
3385 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3386 {
3387
3388         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3389
3390         /*
3391          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3392          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3393          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3394          * for that range anyway.
3395          */
3396         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3397                 return;
3398
3399         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3400                 /*
3401                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3402                  * instruction to insure that previous stores are
3403                  * included in the write-back.  The processor
3404                  * propagates flush to other processors in the cache
3405                  * coherence domain.
3406                  */
3407                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3408                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3409                         clflushopt(sva);
3410                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3411         } else {
3412                 /*
3413                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3414                  */
3415                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3416                         mfence();
3417                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3418                         clflush(sva);
3419                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3420                         mfence();
3421         }
3422 }
3423
3424 static void
3425 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3426 {
3427
3428         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3429         pmap_invalidate_cache();
3430 }
3431
3432 /*
3433  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3434  *
3435  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3436  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3437  * when moving pages into a different cache domain.
3438  */
3439 void
3440 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3441 {
3442         vm_offset_t daddr, eva;
3443         int i;
3444         bool useclflushopt;
3445
3446         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3447         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3448             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3449                 pmap_invalidate_cache();
3450         else {
3451                 if (useclflushopt)
3452                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3453                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3454                         mfence();
3455                 for (i = 0; i < count; i++) {
3456                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3457                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3458                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3459                                 if (useclflushopt)
3460                                         clflushopt(daddr);
3461                                 else
3462                                         clflush(daddr);
3463                         }
3464                 }
3465                 if (useclflushopt)
3466                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3467                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3468                         mfence();
3469         }
3470 }
3471
3472 void
3473 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3474 {
3475
3476         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3477
3478         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3479                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3480                 return;
3481         }
3482
3483         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3484         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3485                 return;
3486
3487         atomic_thread_fence_seq_cst();
3488         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3489                 clwb(sva);
3490         atomic_thread_fence_seq_cst();
3491 }
3492
3493 void
3494 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3495 {
3496         pt_entry_t *pte;
3497         vm_offset_t vaddr;
3498         int error, pte_bits;
3499
3500         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3501             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3502         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3503             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3504
3505         if (spa < dmaplimit) {
3506                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3507                     dmaplimit, epa)));
3508                 if (dmaplimit >= epa)
3509                         return;
3510                 spa = dmaplimit;
3511         }
3512
3513         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3514             X86_PG_V;
3515         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3516             &vaddr);
3517         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3518         pte = vtopte(vaddr);
3519         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3520                 sched_pin();
3521                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3522                 invlpg(vaddr);
3523                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3524                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3525                 sched_unpin();
3526         }
3527         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3528 }
3529
3530 /*
3531  *      Routine:        pmap_extract
3532  *      Function:
3533  *              Extract the physical page address associated
3534  *              with the given map/virtual_address pair.
3535  */
3536 vm_paddr_t 
3537 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3538 {
3539         pdp_entry_t *pdpe;
3540         pd_entry_t *pde;
3541         pt_entry_t *pte, PG_V;
3542         vm_paddr_t pa;
3543
3544         pa = 0;
3545         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3546         PMAP_LOCK(pmap);
3547         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3548         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3549                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3550                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3551                 else {
3552                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3553                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3554                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3555                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3556                                             (va & PDRMASK);
3557                                 } else {
3558                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3559                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3560                                             (va & PAGE_MASK);
3561                                 }
3562                         }
3563                 }
3564         }
3565         PMAP_UNLOCK(pmap);
3566         return (pa);
3567 }
3568
3569 /*
3570  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3571  *      Function:
3572  *              Atomically extract and hold the physical page
3573  *              with the given pmap and virtual address pair
3574  *              if that mapping permits the given protection.
3575  */
3576 vm_page_t
3577 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3578 {
3579         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3580         pd_entry_t pde, *pdep;
3581         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3582         vm_page_t m;
3583
3584         m = NULL;
3585         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3586         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3587         PMAP_LOCK(pmap);
3588
3589         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3590         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3591                 goto out;
3592         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3593                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3594                         goto out;
3595                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3596                 goto check_page;
3597         }
3598
3599         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3600         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3601                 goto out;
3602         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3603                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3604                         goto out;
3605                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3606                 goto check_page;
3607         }
3608
3609         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3610         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3611             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3612                 goto out;
3613         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3614
3615 check_page:
3616         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3617                 m = NULL;
3618 out:
3619         PMAP_UNLOCK(pmap);
3620         return (m);
3621 }
3622
3623 vm_paddr_t
3624 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3625 {
3626         pd_entry_t pde;
3627         vm_paddr_t pa;
3628
3629         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3630                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3631         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3632                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3633         } else {
3634                 pde = *vtopde(va);
3635                 if (pde & PG_PS) {
3636                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3637                 } else {
3638                         /*
3639                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3640                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3641                          * be used to access the PTE because it would use the
3642                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3643                          * because the page table page is preserved by the
3644                          * promotion.
3645                          */
3646                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3647                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3648                 }
3649         }
3650         return (pa);
3651 }
3652
3653 /***************************************************
3654  * Low level mapping routines.....
3655  ***************************************************/
3656
3657 /*
3658  * Add a wired page to the kva.
3659  * Note: not SMP coherent.
3660  */
3661 PMAP_INLINE void 
3662 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3663 {
3664         pt_entry_t *pte;
3665
3666         pte = vtopte(va);
3667         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3668 }
3669
3670 static __inline void
3671 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3672 {
3673         pt_entry_t *pte;
3674         int cache_bits;
3675
3676         pte = vtopte(va);
3677         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3678         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3679 }
3680
3681 /*
3682  * Remove a page from the kernel pagetables.
3683  * Note: not SMP coherent.
3684  */
3685 PMAP_INLINE void
3686 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3687 {
3688         pt_entry_t *pte;
3689
3690         pte = vtopte(va);
3691         pte_clear(pte);
3692 }
3693
3694 /*
3695  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3696  *      virtual address space.
3697  *
3698  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3699  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3700  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3701  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3702  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3703  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3704  *      region.
3705  */
3706 vm_offset_t
3707 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3708 {
3709         return PHYS_TO_DMAP(start);
3710 }
3711
3712 /*
3713  * Add a list of wired pages to the kva
3714  * this routine is only used for temporary
3715  * kernel mappings that do not need to have
3716  * page modification or references recorded.
3717  * Note that old mappings are simply written
3718  * over.  The page *must* be wired.
3719  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3720  */
3721 void
3722 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3723 {
3724         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3725         vm_page_t m;
3726         int cache_bits;
3727
3728         oldpte = 0;
3729         pte = vtopte(sva);
3730         endpte = pte + count;
3731         while (pte < endpte) {
3732                 m = *ma++;
3733                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3734                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3735                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3736                         oldpte |= *pte;
3737                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3738                 }
3739                 pte++;
3740         }
3741         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3742                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3743                     PAGE_SIZE);
3744 }
3745
3746 /*
3747  * This routine tears out page mappings from the
3748  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3749  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3750  */
3751 void
3752 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3753 {
3754         vm_offset_t va;
3755
3756         va = sva;
3757         while (count-- > 0) {
3758                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3759                 pmap_kremove(va);
3760                 va += PAGE_SIZE;
3761         }
3762         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3763 }
3764
3765 /***************************************************
3766  * Page table page management routines.....
3767  ***************************************************/
3768 /*
3769  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3770  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3771  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3772  */
3773 static __inline void
3774 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3775     boolean_t set_PG_ZERO)
3776 {
3777
3778         if (set_PG_ZERO)
3779                 m->flags |= PG_ZERO;
3780         else
3781                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3782         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3783 }
3784
3785 /*
3786  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3787  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3788  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3789  * ordered by this virtual address range.
3790  *
3791  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3792  */
3793 static __inline int
3794 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3795 {
3796
3797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3798         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3799         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3800 }
3801
3802 /*
3803  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3804  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3805  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3806  * specified virtual address.
3807  */
3808 static __inline vm_page_t
3809 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3810 {
3811
3812         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3813         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3814 }
3815
3816 /*
3817  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3818  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3819  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3820  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3821  */
3822 static inline boolean_t
3823 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3824 {
3825
3826         --m->ref_count;
3827         if (m->ref_count == 0) {
3828                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3829                 return (TRUE);
3830         } else
3831                 return (FALSE);
3832 }
3833
3834 static void
3835 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3836 {
3837         pml5_entry_t *pml5;
3838         pml4_entry_t *pml4;
3839         pdp_entry_t *pdp;
3840         pd_entry_t *pd;
3841         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
3842
3843         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3844
3845         /*
3846          * unmap the page table page
3847          */
3848         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
3849                 /* PML4 page */
3850                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
3851                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
3852                 *pml5 = 0;
3853                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3854                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
3855                         *pml5 = 0;
3856                 }
3857         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3858                 /* PDP page */
3859                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3860                 *pml4 = 0;
3861                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
3862                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3863                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
3864                         *pml4 = 0;
3865                 }
3866         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3867                 /* PD page */
3868                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3869                 *pdp = 0;
3870         } else {
3871                 /* PTE page */
3872                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3873                 *pd = 0;
3874         }
3875         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3876         if (m->pindex < NUPDE) {
3877                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3878                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3879                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3880         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3881                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3882                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3883                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3884         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
3885                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
3886                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
3887                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
3888         }
3889
3890         /* 
3891          * Put page on a list so that it is released after
3892          * *ALL* TLB shootdown is done
3893          */
3894         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3895 }
3896
3897 /*
3898  * After removing a page table entry, this routine is used to
3899  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3900  */
3901 static int
3902 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3903     struct spglist *free)
3904 {
3905         vm_page_t mpte;
3906
3907         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3908                 return (0);
3909         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3910         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3911         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3912 }
3913
3914 /*
3915  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3916  * mapping.
3917  */
3918 static void
3919 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3920 {
3921         struct spglist free;
3922
3923         SLIST_INIT(&free);
3924         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3925                 /*
3926                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3927                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3928                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3929                  */
3930                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3931                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3932         }
3933 }
3934
3935 void
3936 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3937 {
3938         struct proc *p;
3939         struct thread *td;
3940         int i;
3941
3942         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3943         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
3944         pmap->pm_pmltopu = NULL;
3945         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
3946         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3947         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3948         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3949         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3950         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3951         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3952         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3953         CPU_FOREACH(i) {
3954                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3955                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3956         }
3957         pmap_activate_boot(pmap);
3958         td = curthread;
3959         if (pti) {
3960                 p = td->td_proc;
3961                 PROC_LOCK(p);
3962                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3963                 PROC_UNLOCK(p);
3964         }
3965         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3966
3967         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3968                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3969                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3970                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3971         }
3972 }
3973
3974 void
3975 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3976 {
3977         pml4_entry_t *pm_pml4;
3978         int i;
3979
3980         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3981
3982         /* Wire in kernel global address entries. */
3983         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3984                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3985                     X86_PG_V;
3986         }
3987         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3988                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3989                     X86_PG_V;
3990         }
3991
3992         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3993         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3994             X86_PG_A | X86_PG_M;
3995
3996         /* install large map entries if configured */
3997         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3998                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
3999 }
4000
4001 void
4002 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4003 {
4004         pml5_entry_t *pm_pml5;
4005
4006         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4007
4008         /*
4009          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4010          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4011          */
4012         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4013             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4014             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4015
4016         /* 
4017          * Install self-referential address mapping entry.
4018          */
4019         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4020             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4021             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4022 }
4023
4024 static void
4025 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4026 {
4027         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4028         int i;
4029
4030         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4031         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4032                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4033 }
4034
4035 static void
4036 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4037 {
4038         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4039
4040         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4041
4042         /*
4043          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4044          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4045          * into level 5 table.
4046          */
4047         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4048             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4049             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4050             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4051 }
4052
4053 /*
4054  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4055  * such as one in a vmspace structure.
4056  */
4057 int
4058 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4059 {
4060         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4061         vm_paddr_t pmltop_phys;
4062         int i;
4063
4064         /*
4065          * allocate the page directory page
4066          */
4067         pmltop_pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4068             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4069
4070         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4071         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4072
4073         CPU_FOREACH(i) {
4074                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4075                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4076         }
4077         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4078         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4079         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4080
4081         pmap->pm_type = pm_type;
4082         if ((pmltop_pg->flags & PG_ZERO) == 0)
4083                 pagezero(pmap->pm_pmltop);
4084
4085         /*
4086          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4087          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4088          * address space.
4089          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4090          */
4091         switch (pm_type) {
4092         case PT_X86:
4093                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4094                 if (pmap_is_la57(pmap))
4095                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4096                 else
4097                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4098                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4099                         pmltop_pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4100                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4101                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4102                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4103                         if (pmap_is_la57(pmap))
4104                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4105                         else
4106                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4107                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4108                 }
4109                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4110                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4111                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4112                 }
4113                 break;
4114         case PT_EPT:
4115         case PT_RVI:
4116                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4117                 break;
4118         }
4119
4120         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4121         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4122         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4123         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4124         pmap->pm_flags = flags;
4125         pmap->pm_eptgen = 0;
4126
4127         return (1);
4128 }
4129
4130 int
4131 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4132 {
4133
4134         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4135 }
4136
4137 static void
4138 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4139 {
4140         vm_page_t mpg;
4141         struct spglist free;
4142
4143         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4144         if (mpg->ref_count != 0)
4145                 return;
4146         SLIST_INIT(&free);
4147         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4148         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4149         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4150 }
4151
4152 static pml4_entry_t *
4153 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4154     bool addref)
4155 {
4156         vm_pindex_t pml5index;
4157         pml5_entry_t *pml5;
4158         pml4_entry_t *pml4;
4159         vm_page_t pml4pg;
4160         pt_entry_t PG_V;
4161         bool allocated;
4162
4163         if (!pmap_is_la57(pmap))
4164                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4165
4166         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4167         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4168         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4169         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4170                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp, va) ==
4171                     NULL)
4172                         return (NULL);
4173                 allocated = true;
4174         } else {
4175                 allocated = false;
4176         }
4177         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4178         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4179         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4180                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4181                 if (allocated && !addref)
4182                         pml4pg->ref_count--;
4183                 else if (!allocated && addref)
4184                         pml4pg->ref_count++;
4185         }
4186         return (pml4);
4187 }
4188
4189 static pdp_entry_t *
4190 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4191     bool addref)
4192 {
4193         vm_page_t pdppg;
4194         pml4_entry_t *pml4;
4195         pdp_entry_t *pdp;
4196         pt_entry_t PG_V;
4197         bool allocated;
4198
4199         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4200
4201         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4202         if (pml4 == NULL)
4203                 return (NULL);
4204
4205         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4206                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4207                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp, va) ==
4208                     NULL) {
4209                         if (pmap_is_la57(pmap))
4210                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4211                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4212                         return (NULL);
4213                 }
4214                 allocated = true;
4215         } else {
4216                 allocated = false;
4217         }
4218         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4219         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4220         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4221                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4222                 if (allocated && !addref)
4223                         pdppg->ref_count--;
4224                 else if (!allocated && addref)
4225                         pdppg->ref_count++;
4226         }
4227         return (pdp);
4228 }
4229
4230 /*
4231  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4232  *
4233  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4234  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
4235  *
4236  * Note: If a page allocation fails at page table level two, three, or four,
4237  * up to three pages may be held during the wait, only to be released
4238  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
4239  * race conditions.
4240  *
4241  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4242  * while translating virtual address va are defined as follows:
4243  * - for the page table page (last level),
4244  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4245  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4246  *   table page.
4247  * - for the page directory page,
4248  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4249  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4250  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4251  * - for the page directory pointer page,
4252  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4253  *          NPML4EPGSHIFT),
4254  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4255  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4256  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4257  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4258  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4259  *
4260  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4261  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4262  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4263  * corresponding paging entry in this order.
4264  *
4265  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4266  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4267  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4268  * regardless of the actual mode of operation.
4269  *
4270  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4271  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
4272  */
4273 static vm_page_t
4274 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4275     vm_offset_t va __unused)
4276 {
4277         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4278         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4279         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4280         pdp_entry_t *pdp;
4281         pd_entry_t *pd;
4282         vm_page_t m, pdpg;
4283         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4284
4285         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4286
4287         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4288         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4289         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4290         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4291
4292         /*
4293          * Allocate a page table page.
4294          */
4295         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
4296             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
4297                 if (lockp != NULL) {
4298                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4299                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4300                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4301                         vm_wait(NULL);
4302                         PMAP_LOCK(pmap);
4303                 }
4304
4305                 /*
4306                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
4307                  * page may have been allocated.
4308                  */
4309                 return (NULL);
4310         }
4311         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4312                 pmap_zero_page(m);
4313
4314         /*
4315          * Map the pagetable page into the process address space, if
4316          * it isn't already there.
4317          */
4318         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4319                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4320
4321                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4322                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4323                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4324                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4325                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4326
4327                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4328                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4329                                 *pml5 |= pg_nx;
4330
4331                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4332                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4333                             PG_A | PG_M;
4334                 }
4335         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4336                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4337                 /* Wire up a new PDPE page */
4338                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4339                 if (pml4 == NULL) {
4340                         vm_page_unwire_noq(m);
4341                         vm_page_free_zero(m);
4342                         return (NULL);
4343                 }
4344                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4345                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4346                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4347
4348                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4349                     pml4index < NUPML4E) {
4350                         /*
4351                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4352                          * kernel-mode page table no-execute so that
4353                          * we detect any programming errors that leave
4354                          * the kernel-mode page table active on return
4355                          * to user space.
4356                          */
4357                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4358                                 *pml4 |= pg_nx;
4359
4360                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4361                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4362                             PG_A | PG_M;
4363                 }
4364         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4365                 /* Wire up a new PDE page */
4366                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4367                 if (pdp == NULL) {
4368                         vm_page_unwire_noq(m);
4369                         vm_page_free_zero(m);
4370                         return (NULL);
4371                 }
4372                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4373                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4374                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4375         } else {
4376                 /* Wire up a new PTE page */
4377                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4378                 if (pdp == NULL) {
4379                         vm_page_unwire_noq(m);
4380                         vm_page_free_zero(m);
4381                         return (NULL);
4382                 }
4383                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4384                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4385                         if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4386                             lockp, va) == NULL) {
4387                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4388                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4389                                 vm_page_unwire_noq(m);
4390                                 vm_page_free_zero(m);
4391                                 return (NULL);
4392                         }
4393                 } else {
4394                         /* Add reference to the pd page */
4395                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4396                         pdpg->ref_count++;
4397                 }
4398                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4399
4400                 /* Now we know where the page directory page is */
4401                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4402                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4403                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4404                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4405         }
4406
4407         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4408
4409         return (m);
4410 }
4411
4412 static pd_entry_t *
4413 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4414     struct rwlock **lockp)
4415 {
4416         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4417         pd_entry_t *pde;
4418         vm_page_t pdpg;
4419         vm_pindex_t pdpindex;
4420
4421         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4422
4423 retry:
4424         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4425         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4426                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4427                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4428                         /* Add a reference to the pd page. */
4429                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4430                         pdpg->ref_count++;
4431                 } else
4432                         pdpg = NULL;
4433         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4434                 /* Allocate a pd page. */
4435                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4436                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4437                 if (pdpg == NULL) {
4438                         if (lockp != NULL)
4439                                 goto retry;
4440                         else
4441                                 return (NULL);
4442                 }
4443                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4444                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4445         } else
4446                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4447                     va);
4448         *pdpgp = pdpg;
4449         return (pde);
4450 }
4451
4452 static vm_page_t
4453 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4454 {
4455         vm_pindex_t ptepindex;
4456         pd_entry_t *pd, PG_V;
4457         vm_page_t m;
4458
4459         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4460
4461         /*
4462          * Calculate pagetable page index
4463          */
4464         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4465 retry:
4466         /*
4467          * Get the page directory entry
4468          */
4469         pd = pmap_pde(pmap, va);
4470
4471         /*
4472          * This supports switching from a 2MB page to a
4473          * normal 4K page.
4474          */
4475         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4476                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4477                         /*
4478                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4479                          * the deallocation of the underlying PD page.
4480                          */
4481                         pd = NULL;
4482                 }
4483         }
4484
4485         /*
4486          * If the page table page is mapped, we just increment the
4487          * hold count, and activate it.
4488          */
4489         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4490                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4491                 m->ref_count++;
4492         } else {
4493                 /*
4494                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4495                  * deallocated.
4496                  */
4497                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp, va);
4498                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4499                         goto retry;
4500         }
4501         return (m);
4502 }
4503
4504 /***************************************************
4505  * Pmap allocation/deallocation routines.
4506  ***************************************************/
4507
4508 /*
4509  * Release any resources held by the given physical map.
4510  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4511  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4512  */
4513 void
4514 pmap_release(pmap_t pmap)
4515 {
4516         vm_page_t m;
4517         int i;
4518
4519         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4520             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4521             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4522         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4523             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4524             pmap));
4525         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4526             ("releasing active pmap %p", pmap));
4527
4528         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4529
4530         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4531                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4532                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4533         } else {
4534                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4535                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4536                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4537                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4538                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4539                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4540                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4541         }
4542
4543         vm_page_unwire_noq(m);
4544         vm_page_free_zero(m);
4545
4546         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4547                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4548                     pm_pmltopu));
4549                 vm_page_unwire_noq(m);
4550                 vm_page_free(m);
4551         }
4552         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4553             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4554                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4555 }
4556
4557 static int
4558 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4559 {
4560         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4561
4562         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4563 }
4564 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4565     0, 0, kvm_size, "LU",
4566     "Size of KVM");
4567
4568 static int
4569 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4570 {
4571         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4572
4573         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4574 }
4575 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4576     0, 0, kvm_free, "LU",
4577     "Amount of KVM free");
4578
4579 /*
4580  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4581  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4582  */
4583 void
4584 pmap_page_array_startup(long pages)
4585 {
4586         pdp_entry_t *pdpe;
4587         pd_entry_t *pde, newpdir;
4588         vm_offset_t va, start, end;
4589         vm_paddr_t pa;
4590         long pfn;
4591         int domain, i;
4592
4593         vm_page_array_size = pages;
4594
4595         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4596         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4597         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4598                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4599                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4600                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4601                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4602                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4603                         dump_add_page(pa);
4604                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4605                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4606                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4607                 }
4608                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4609                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4610                         panic("Unexpected pde");
4611                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4612                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4613                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4614                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4615                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4616                 pde_store(pde, newpdir);
4617         }
4618         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4619 }
4620
4621 /*
4622  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4623  */
4624 void
4625 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4626 {
4627         vm_paddr_t paddr;
4628         vm_page_t nkpg;
4629         pd_entry_t *pde, newpdir;
4630         pdp_entry_t *pdpe;
4631
4632         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4633
4634         /*
4635          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4636          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4637          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4638          *
4639          * The correctness of this action is based on the following
4640          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4641          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4642          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4643          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4644          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4645          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4646          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4647          * "KERNBASE".
4648          */
4649         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4650                 return;
4651
4652         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4653         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4654                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4655         while (kernel_vm_end < addr) {
4656                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4657                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4658                         /* We need a new PDP entry */
4659                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4660                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4661                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4662                         if (nkpg == NULL)
4663                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4664                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4665                                 pmap_zero_page(nkpg);
4666                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4667                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4668                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4669                         continue; /* try again */
4670                 }
4671                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4672                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4673                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4674                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4675                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4676                                 break;                       
4677                         }
4678                         continue;
4679                 }
4680
4681                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4682                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4683                     VM_ALLOC_ZERO);
4684                 if (nkpg == NULL)
4685                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4686                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4687                         pmap_zero_page(nkpg);
4688                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4689                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4690                 pde_store(pde, newpdir);
4691
4692                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4693                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4694                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4695                         break;                       
4696                 }
4697         }
4698 }
4699
4700 /***************************************************
4701  * page management routines.
4702  ***************************************************/
4703
4704 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4705 CTASSERT(_NPCM == 3);
4706 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4707
4708 static __inline struct pv_chunk *
4709 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4710 {
4711
4712         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4713 }
4714
4715 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4716
4717 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4718 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4719 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4720
4721 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4722
4723 #ifdef PV_STATS
4724 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4725
4726 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4727         "Current number of pv entry chunks");
4728 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4729         "Current number of pv entry chunks allocated");
4730 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4731         "Current number of pv entry chunks frees");
4732 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4733         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4734
4735 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4736 static int pv_entry_spare;
4737
4738 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4739         "Current number of pv entry frees");
4740 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4741         "Current number of pv entry allocs");
4742 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4743         "Current number of pv entries");
4744 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4745         "Current number of spare pv entries");
4746 #endif
4747
4748 static void
4749 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4750 {
4751
4752         if (pmap == NULL)
4753                 return;
4754         pmap_invalidate_all(pmap);
4755         if (pmap != locked_pmap)
4756                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4757         if (start_di)
4758                 pmap_delayed_invl_finish();
4759 }
4760
4761 /*
4762  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4763  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4764  * another pv entry chunk.
4765  *
4766  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4767  *
4768  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4769  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4770  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4771  */
4772 static vm_page_t
4773 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4774 {
4775         struct pv_chunks_list *pvc;
4776         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4777         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4778         struct md_page *pvh;
4779         pd_entry_t *pde;
4780         pmap_t next_pmap, pmap;
4781         pt_entry_t *pte, tpte;
4782         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4783         pv_entry_t pv;
4784         vm_offset_t va;
4785         vm_page_t m, m_pc;
4786         struct spglist free;
4787         uint64_t inuse;
4788         int bit, field, freed;
4789         bool start_di, restart;
4790
4791         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4792         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4793         pmap = NULL;
4794         m_pc = NULL;
4795         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4796         SLIST_INIT(&free);
4797         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4798         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4799         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4800         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4801
4802         /*
4803          * A delayed invalidation block should already be active if
4804          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4805          * of pmap_demote_pde_locked().
4806          */
4807         start_di = pmap_not_in_di();
4808
4809         pvc = &pv_chunks[domain];
4810         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4811         pvc->active_reclaims++;
4812         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4813         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4814         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4815             SLIST_EMPTY(&free)) {
4816                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4817                 if (next_pmap == NULL) {
4818                         /*
4819                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4820                          * not our marker, so active_reclaims must be
4821                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4822                          * will not rotate the pv_chunks list.
4823                          */
4824                         goto next_chunk;
4825                 }
4826                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4827
4828                 /*
4829                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4830                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4831                  * corresponding pmap is locked.
4832                  */
4833                 if (pmap != next_pmap) {
4834                         restart = false;
4835                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4836                             start_di);
4837                         pmap = next_pmap;
4838                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4839                         if (pmap > locked_pmap) {
4840                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4841                                 PMAP_LOCK(pmap);
4842                                 if (start_di)
4843                                         pmap_delayed_invl_start();
4844                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4845                                 restart = true;
4846                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4847                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4848                                         if (start_di)
4849                                                 pmap_delayed_invl_start();
4850                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4851                                         restart = true;
4852                                 } else {
4853                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4854                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4855                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4856                                         if (pc == NULL ||
4857                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4858                                                 continue;
4859                                         goto next_chunk;
4860                                 }
4861                         } else if (start_di)
4862                                 pmap_delayed_invl_start();
4863                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4864                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4865                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4866                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4867                         if (restart)
4868                                 continue;
4869                 }
4870
4871                 /*
4872                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4873                  */
4874                 freed = 0;
4875                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4876                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4877                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4878                                 bit = bsfq(inuse);
4879                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4880                                 va = pv->pv_va;
4881                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4882                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4883                                         continue;
4884                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4885                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4886                                         continue;
4887                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4888                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4889                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4890                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4891                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4892                                         vm_page_dirty(m);
4893                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4894                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4895                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4896                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4897                                 m->md.pv_gen++;
4898                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4899                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4900                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4901                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4902                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4903                                                     PGA_WRITEABLE);
4904                                         }
4905                                 }
4906                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4907                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4908                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4909                                 freed++;
4910                         }
4911                 }
4912                 if (freed == 0) {
4913                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4914                         goto next_chunk;
4915                 }
4916                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4917                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4918                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4919                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4920                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4921                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4922                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4923                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4924                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4925                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4926                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4927                         /* Entire chunk is free; return it. */
4928                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4929                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4930                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4931                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4932                         break;
4933                 }
4934                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4935                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4936                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4937                 if (pmap == locked_pmap)
4938                         break;
4939 next_chunk:
4940                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4941                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4942                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4943                         /*
4944                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4945                          * scan the same pv chunks that could not be
4946                          * freed (because they contained a wired
4947                          * and/or superpage mapping) on every
4948                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4949                          */
4950                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4951                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4952                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4953                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4954                         }
4955                 }
4956         }
4957         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4958         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4959         pvc->active_reclaims--;
4960         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4961         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4962         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4963                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4964                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4965                 /* Recycle a freed page table page. */
4966                 m_pc->ref_count = 1;
4967         }
4968         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4969         return (m_pc);
4970 }
4971
4972 static vm_page_t
4973 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4974 {
4975         vm_page_t m;
4976         int i, domain;
4977
4978         domain = PCPU_GET(domain);
4979         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4980                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4981                 if (m != NULL)
4982                         break;
4983                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4984         }
4985
4986         return (m);
4987 }
4988
4989 /*
4990  * free the pv_entry back to the free list
4991  */
4992 static void
4993 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4994 {
4995         struct pv_chunk *pc;
4996         int idx, field, bit;
4997
4998         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4999         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
5000         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
5001         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
5002         pc = pv_to_chunk(pv);
5003         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5004         field = idx / 64;
5005         bit = idx % 64;
5006         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5007         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
5008             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
5009                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5010                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5011                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5012                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5013                 }
5014                 return;
5015         }
5016         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5017         free_pv_chunk(pc);
5018 }
5019
5020 static void
5021 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5022 {
5023         vm_page_t m;
5024
5025         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5026         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
5027         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
5028         /* entire chunk is free, return it */
5029         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5030         dump_drop_page(m->phys_addr);
5031         vm_page_unwire_noq(m);
5032         vm_page_free(m);
5033 }
5034
5035 static void
5036 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5037 {
5038         struct pv_chunks_list *pvc;
5039
5040         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5041         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5042         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5043         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5044         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5045 }
5046
5047 static void
5048 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5049 {
5050         struct pv_chunks_list *pvc;
5051         struct pv_chunk *pc, *npc;
5052         int i;
5053
5054         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5055                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5056                         continue;
5057                 pvc = &pv_chunks[i];
5058                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5059                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5060                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5061                 }
5062                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5063         }
5064
5065         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5066                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5067                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5068                 }
5069         }
5070 }
5071
5072 /*
5073  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5074  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5075  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5076  * returned.
5077  *
5078  * The given PV list lock may be released.
5079  */
5080 static pv_entry_t
5081 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5082 {
5083         struct pv_chunks_list *pvc;
5084         int bit, field;
5085         pv_entry_t pv;
5086         struct pv_chunk *pc;
5087         vm_page_t m;
5088
5089         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5090         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
5091 retry:
5092         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5093         if (pc != NULL) {
5094                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5095                         if (pc->pc_map[field]) {
5096                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5097                                 break;
5098                         }
5099                 }
5100                 if (field < _NPCM) {
5101                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5102                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5103                         /* If this was the last item, move it to tail */
5104                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5105                             pc->pc_map[2] == 0) {
5106                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5107                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5108                                     pc_list);
5109                         }
5110                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5111                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
5112                         return (pv);
5113                 }
5114         }
5115         /* No free items, allocate another chunk */
5116         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5117             VM_ALLOC_WIRED);
5118         if (m == NULL) {
5119                 if (lockp == NULL) {
5120                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
5121                         return (NULL);
5122                 }
5123                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5124                 if (m == NULL)
5125                         goto retry;
5126         }
5127         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5128         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5129         dump_add_page(m->phys_addr);
5130         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5131         pc->pc_pmap = pmap;
5132         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5133         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5134         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5135         pvc = &pv_chunks[vm_phys_domain(m->phys_addr)];
5136         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5137         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5138         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5139         pv = &pc->pc_pventry[0];
5140         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5141         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5142         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5143         return (pv);
5144 }
5145
5146 /*
5147  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5148  *
5149  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5150  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5151  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5152  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5153  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5154  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5155  * as well.
5156  *
5157  * Reference numbers for erratas are
5158  * 4th Gen Core: HSD146
5159  * 5th Gen Core: BDM85
5160  * 6th Gen Core: SKL029
5161  */
5162 static int
5163 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5164 {
5165         u_long result, tmp;
5166
5167         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5168             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5169             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5170             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5171             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5172         return (result);
5173 }
5174
5175 /*
5176  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5177  * exceeds the given count, "needed".
5178  *
5179  * The given PV list lock may be released.
5180  */
5181 static void
5182 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5183 {
5184         struct pv_chunks_list *pvc;
5185         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5186         struct pv_chunk *pc;
5187         vm_page_t m;
5188         int avail, free, i;
5189         bool reclaimed;
5190
5191         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5192         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5193
5194         /*
5195          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5196          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5197          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5198          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5199          */
5200         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5201                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5202 retry:
5203         avail = 0;
5204         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5205 #ifndef __POPCNT__
5206                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5207                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5208                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5209                 else
5210 #endif
5211                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5212                 if (free == 0)
5213                         break;
5214                 avail += free;
5215                 if (avail >= needed)
5216                         break;
5217         }
5218         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5219                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5220                     VM_ALLOC_WIRED);
5221                 if (m == NULL) {
5222                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5223                         if (m == NULL)
5224                                 goto retry;
5225                         reclaimed = true;
5226                 }
5227                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5228                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5229                 dump_add_page(m->phys_addr);
5230                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5231                 pc->pc_pmap = pmap;
5232                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5233                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5234                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5235                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5236                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
5237                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5238
5239                 /*
5240                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5241                  * If that chunk contained available entries, we need to
5242                  * re-count the number of available entries.
5243                  */
5244                 if (reclaimed)
5245                         goto retry;
5246         }
5247         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5248                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5249                         continue;
5250                 pvc = &pv_chunks[i];
5251                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5252                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5253                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5254         }
5255 }
5256
5257 /*
5258  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5259  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5260  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5261  * 2MB page mappings.
5262  */
5263 static __inline pv_entry_t
5264 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5265 {
5266         pv_entry_t pv;
5267
5268         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5269                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5270                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5271                         pvh->pv_gen++;
5272                         break;
5273                 }
5274         }
5275         return (pv);
5276 }
5277
5278 /*
5279  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5280  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5281  * entries for each of the 4KB page mappings.
5282  */
5283 static void
5284 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5285     struct rwlock **lockp)
5286 {
5287         struct md_page *pvh;
5288         struct pv_chunk *pc;
5289         pv_entry_t pv;
5290         vm_offset_t va_last;
5291         vm_page_t m;
5292         int bit, field;
5293
5294         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5295         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5296             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5297         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5298
5299         /*
5300          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5301          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5302          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5303          */
5304         pvh = pa_to_pvh(pa);
5305         va = trunc_2mpage(va);
5306         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5307         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5308         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5309         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5310         m->md.pv_gen++;
5311         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5312         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5313         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5314         for (;;) {
5315                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5316                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5317                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5318                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5319                         while (pc->pc_map[field]) {
5320                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5321                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5322                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5323                                 va += PAGE_SIZE;
5324                                 pv->pv_va = va;
5325                                 m++;
5326                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5327                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5328                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5329                                 m->md.pv_gen++;
5330                                 if (va == va_last)
5331                                         goto out;
5332                         }
5333                 }
5334                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5335                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5336         }
5337 out:
5338         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5339                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5340                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5341         }
5342         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5343         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
5344 }
5345
5346 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5347 /*
5348  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5349  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5350  * for the 2MB page mapping.
5351  */
5352 static void
5353 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5354     struct rwlock **lockp)
5355 {
5356         struct md_page *pvh;
5357         pv_entry_t pv;
5358         vm_offset_t va_last;
5359         vm_page_t m;
5360
5361         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5362             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5363         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5364
5365         /*
5366          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5367          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5368          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5369          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5370          * mappings that is being promoted.
5371          */
5372         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5373         va = trunc_2mpage(va);
5374         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5375         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5376         pvh = pa_to_pvh(pa);
5377         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5378         pvh->pv_gen++;
5379         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5380         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5381         do {
5382                 m++;
5383                 va += PAGE_SIZE;
5384                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5385         } while (va < va_last);
5386 }
5387 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5388
5389 /*
5390  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5391  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5392  * page mappings.
5393  */
5394 static void
5395 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5396 {
5397         pv_entry_t pv;
5398
5399         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5400         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5401         free_pv_entry(pmap, pv);
5402 }
5403
5404 /*
5405  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5406  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5407  */
5408 static boolean_t
5409 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5410     struct rwlock **lockp)
5411 {
5412         pv_entry_t pv;
5413
5414         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5415         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5416         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5417                 pv->pv_va = va;
5418                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5419                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5420                 m->md.pv_gen++;
5421                 return (TRUE);
5422         } else
5423                 return (FALSE);
5424 }
5425
5426 /*
5427  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5428  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5429  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5430  */
5431 static bool
5432 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5433     struct rwlock **lockp)
5434 {
5435         struct md_page *pvh;
5436         pv_entry_t pv;
5437         vm_paddr_t pa;
5438
5439         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5440         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5441         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5442             NULL : lockp)) == NULL)
5443                 return (false);
5444         pv->pv_va = va;
5445         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5446         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5447         pvh = pa_to_pvh(pa);
5448         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5449         pvh->pv_gen++;
5450         return (true);
5451 }
5452
5453 /*
5454  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5455  */
5456 static void
5457 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5458 {
5459         pt_entry_t *pte;
5460
5461         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5462                 *pte = newpte;
5463                 newpte += PAGE_SIZE;
5464         }
5465 }
5466
5467 /*
5468  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5469  * mapping is invalidated.
5470  */
5471 static boolean_t
5472 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5473 {
5474         struct rwlock *lock;
5475         boolean_t rv;
5476
5477         lock = NULL;
5478         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5479         if (lock != NULL)
5480                 rw_wunlock(lock);
5481         return (rv);
5482 }
5483
5484 static void
5485 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5486 {
5487 #ifdef INVARIANTS
5488 #ifdef DIAGNOSTIC
5489         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5490
5491         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5492             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5493                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5494                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5495                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5496                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5497                         printf("page table dump\n");
5498                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5499                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5500                         panic("firstpte");
5501                 }
5502         }
5503 #else
5504         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5505             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5506             " addresses"));
5507 #endif
5508 #endif
5509 }
5510
5511 static void
5512 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5513     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5514 {
5515         struct spglist free;
5516         vm_offset_t sva;
5517
5518         SLIST_INIT(&free);
5519         sva = trunc_2mpage(va);
5520         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5521         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5522                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5523         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5524         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5525             va, pmap);
5526 }
5527
5528 static boolean_t
5529 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5530     struct rwlock **lockp)
5531 {
5532         pd_entry_t newpde, oldpde;
5533         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5534         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5535         vm_paddr_t mptepa;
5536         vm_page_t mpte;
5537         int PG_PTE_CACHE;
5538         bool in_kernel;
5539
5540         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5541         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5542         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5543         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5544         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5545         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5546         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5547
5548         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5549         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5550         oldpde = *pde;
5551         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5552             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5553
5554         /*
5555          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5556          * mapping was never accessed.
5557          */
5558         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5559                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5560                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5561                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5562                 return (FALSE);
5563         }
5564
5565         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5566         if (mpte == NULL) {
5567                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5568                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5569                     " is missing"));
5570
5571                 /*
5572                  * If the page table page is missing and the mapping
5573                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5574                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5575                  * for every other part of the kernel address space,
5576                  * so the direct map region is the only part of the
5577                  * kernel address space that must be handled here.
5578                  */
5579                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5580                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5581                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5582
5583                 /*
5584                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5585                  * region of the kernel's address space, then the page
5586                  * allocation request specifies the highest possible
5587                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5588                  * priority is normal.
5589                  */
5590                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5591                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5592                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5593
5594                 /*
5595                  * If the allocation of the new page table page fails,
5596                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5597                  */
5598                 if (mpte == NULL) {
5599                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5600                         return (FALSE);
5601                 }
5602
5603                 if (!in_kernel) {
5604                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5605                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5606                 }
5607         }
5608         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5609         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5610         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5611         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5612             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5613         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5614         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5615
5616         /*
5617          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5618          * initialize it.
5619          */
5620         if (mpte->valid == 0)
5621                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5622
5623         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5624
5625         /*
5626          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5627          * entries.
5628          */
5629         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5630                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5631
5632         /*
5633          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5634          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5635          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5636          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5637          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5638          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5639          */
5640         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5641                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5642
5643         /*
5644          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5645          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5646          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5647          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5648          * the read above and the store below. 
5649          */
5650         if (workaround_erratum383)
5651                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5652         else
5653                 pde_store(pde, newpde);
5654
5655         /*
5656          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5657          */
5658         if (in_kernel)
5659                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5660
5661         /*
5662          * Demote the PV entry.
5663          */
5664         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5665                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5666
5667         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5668         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5669             va, pmap);
5670         return (TRUE);
5671 }
5672
5673 /*
5674  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5675  */
5676 static void
5677 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5678 {
5679         pd_entry_t newpde;
5680         vm_paddr_t mptepa;
5681         vm_page_t mpte;
5682
5683         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5684         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5685         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5686         if (mpte == NULL)
5687                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5688
5689         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5690         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5691
5692         /*
5693          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5694          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5695          */
5696         if (mpte->valid != 0)
5697                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5698
5699         /*
5700          * Demote the mapping.
5701          */
5702         if (workaround_erratum383)
5703                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5704         else
5705                 pde_store(pde, newpde);
5706
5707         /*
5708          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5709          */
5710         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5711 }
5712
5713 /*
5714  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5715  */
5716 static int
5717 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5718     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5719 {
5720         struct md_page *pvh;
5721         pd_entry_t oldpde;
5722         vm_offset_t eva, va;
5723         vm_page_t m, mpte;
5724         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5725
5726         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5727         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5728         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5729         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5730
5731         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5732         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5733             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5734         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5735         if (oldpde & PG_W)
5736                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5737         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5738                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5739         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5740         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5741                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5742                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5743                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5744                 eva = sva + NBPDR;
5745                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5746                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5747                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5748                                 vm_page_dirty(m);
5749                         if (oldpde & PG_A)
5750                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5751                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5752                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5753                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5754                         pmap_delayed_invl_page(m);
5755                 }
5756         }
5757         if (pmap == kernel_pmap) {
5758                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5759         } else {
5760                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5761                 if (mpte != NULL) {
5762                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5763                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5764                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5765                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5766                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5767                         mpte->ref_count = 0;
5768                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5769                 }
5770         }
5771         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5772 }
5773
5774 /*
5775  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5776  */
5777 static int
5778 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5779     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5780 {
5781         struct md_page *pvh;
5782         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5783         vm_page_t m;
5784
5785         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5786         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5787         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5788
5789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5790         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5791         if (oldpte & PG_W)
5792                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5793         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5794         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5795                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5796                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5797                         vm_page_dirty(m);
5798                 if (oldpte & PG_A)
5799                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5800                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5801                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5802                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5803                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5804                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5805                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5806                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5807                 }
5808                 pmap_delayed_invl_page(m);
5809         }
5810         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5811 }
5812
5813 /*
5814  * Remove a single page from a process address space
5815  */
5816 static void
5817 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5818     struct spglist *free)
5819 {
5820         struct rwlock *lock;
5821         pt_entry_t *pte, PG_V;
5822
5823         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5824         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5825         if ((*pde & PG_V) == 0)
5826                 return;
5827         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5828         if ((*pte & PG_V) == 0)
5829                 return;
5830         lock = NULL;
5831         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5832         if (lock != NULL)
5833                 rw_wunlock(lock);
5834         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5835 }
5836
5837 /*
5838  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5839  */
5840 static bool
5841 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5842     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5843 {
5844         pt_entry_t PG_G, *pte;
5845         vm_offset_t va;
5846         bool anyvalid;
5847
5848         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5849         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5850         anyvalid = false;
5851         va = eva;
5852         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5853             sva += PAGE_SIZE) {
5854                 if (*pte == 0) {
5855                         if (va != eva) {
5856                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5857                                 va = eva;
5858                         }
5859                         continue;
5860                 }
5861                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5862                         anyvalid = true;
5863                 else if (va == eva)
5864                         va = sva;
5865                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5866                         sva += PAGE_SIZE;
5867                         break;
5868                 }
5869         }
5870         if (va != eva)
5871                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5872         return (anyvalid);
5873 }
5874
5875 /*
5876  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5877  *
5878  *      It is assumed that the start and end are properly
5879  *      rounded to the page size.
5880  */
5881 void
5882 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5883 {
5884         struct rwlock *lock;
5885         vm_page_t mt;
5886         vm_offset_t va_next;
5887         pml5_entry_t *pml5e;
5888         pml4_entry_t *pml4e;
5889         pdp_entry_t *pdpe;
5890         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5891         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5892         struct spglist free;
5893         int anyvalid;
5894
5895         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5896         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5897
5898         /*
5899          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5900          */
5901         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5902                 return;
5903
5904         anyvalid = 0;
5905         SLIST_INIT(&free);
5906
5907         pmap_delayed_invl_start();
5908         PMAP_LOCK(pmap);
5909         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5910
5911         /*
5912          * special handling of removing one page.  a very
5913          * common operation and easy to short circuit some
5914          * code.
5915          */
5916         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5917                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5918                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5919                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5920                         goto out;
5921                 }
5922         }
5923
5924         lock = NULL;
5925         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5926                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5927                         break;
5928
5929                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
5930                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
5931                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
5932                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
5933                                 if (va_next < sva)
5934                                         va_next = eva;
5935                                 continue;
5936                         }
5937                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
5938                 } else {
5939                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5940                 }
5941                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5942                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5943                         if (va_next < sva)
5944                                 va_next = eva;
5945                         continue;
5946                 }
5947
5948                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5949                 if (va_next < sva)
5950                         va_next = eva;
5951                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5952                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5953                         continue;
5954                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5955                         KASSERT(va_next <= eva,
5956                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
5957                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5958                             *pdpe, sva, eva, va_next));
5959                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
5960                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
5961                         anyvalid = 1;
5962                         *pdpe = 0;
5963                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
5964                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
5965                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
5966                         continue;
5967                 }
5968
5969                 /*
5970                  * Calculate index for next page table.
5971                  */
5972                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5973                 if (va_next < sva)
5974                         va_next = eva;
5975
5976                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5977                 ptpaddr = *pde;
5978
5979                 /*
5980                  * Weed out invalid mappings.
5981                  */
5982                 if (ptpaddr == 0)
5983                         continue;
5984
5985                 /*
5986                  * Check for large page.
5987                  */
5988                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5989                         /*
5990                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5991                          * demote the mapping and fall through.
5992                          */
5993                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5994                                 /*
5995                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5996                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5997                                  */
5998                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5999                                         anyvalid = 1;
6000                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6001                                 continue;
6002                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6003                             &lock)) {
6004                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6005                                 continue;
6006                         } else
6007                                 ptpaddr = *pde;
6008                 }
6009
6010                 /*
6011                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6012                  * by the current page table page, or to the end of the
6013                  * range being removed.
6014                  */
6015                 if (va_next > eva)
6016                         va_next = eva;
6017
6018                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6019                         anyvalid = 1;
6020         }
6021         if (lock != NULL)
6022                 rw_wunlock(lock);
6023 out:
6024         if (anyvalid)
6025                 pmap_invalidate_all(pmap);
6026         PMAP_UNLOCK(pmap);
6027         pmap_delayed_invl_finish();
6028         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6029 }
6030
6031 /*
6032  *      Routine:        pmap_remove_all
6033  *      Function:
6034  *              Removes this physical page from
6035  *              all physical maps in which it resides.
6036  *              Reflects back modify bits to the pager.
6037  *
6038  *      Notes:
6039  *              Original versions of this routine were very
6040  *              inefficient because they iteratively called
6041  *              pmap_remove (slow...)
6042  */
6043
6044 void
6045 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6046 {
6047         struct md_page *pvh;
6048         pv_entry_t pv;
6049         pmap_t pmap;
6050         struct rwlock *lock;
6051         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6052         pd_entry_t *pde;
6053         vm_offset_t va;
6054         struct spglist free;
6055         int pvh_gen, md_gen;
6056
6057         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6058             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6059         SLIST_INIT(&free);
6060         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6061         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6062             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6063 retry:
6064         rw_wlock(lock);
6065         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6066                 pmap = PV_PMAP(pv);
6067                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6068                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6069                         rw_wunlock(lock);
6070                         PMAP_LOCK(pmap);
6071                         rw_wlock(lock);
6072                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6073                                 rw_wunlock(lock);
6074                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6075                                 goto retry;
6076                         }
6077                 }
6078                 va = pv->pv_va;
6079                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6080                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6081                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6082         }
6083         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6084                 pmap = PV_PMAP(pv);
6085                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6086                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6087                         md_gen = m->md.pv_gen;
6088                         rw_wunlock(lock);
6089                         PMAP_LOCK(pmap);
6090                         rw_wlock(lock);
6091                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6092                                 rw_wunlock(lock);
6093                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6094                                 goto retry;
6095                         }
6096                 }
6097                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6098                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6099                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6100                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6101                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6102                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6103                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6104                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6105                 tpte = pte_load_clear(pte);
6106                 if (tpte & PG_W)
6107                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6108                 if (tpte & PG_A)
6109                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6110
6111                 /*
6112                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6113                  */
6114                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6115                         vm_page_dirty(m);
6116                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6117                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6118                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6119                 m->md.pv_gen++;
6120                 free_pv_entry(pmap, pv);
6121                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6122         }
6123         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6124         rw_wunlock(lock);
6125         pmap_delayed_invl_wait(m);
6126         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6127 }
6128
6129 /*
6130  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6131  */
6132 static boolean_t
6133 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6134 {
6135         pd_entry_t newpde, oldpde;
6136         vm_page_t m, mt;
6137         boolean_t anychanged;
6138         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6139
6140         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6141         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6142         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6143
6144         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6145         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6146             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6147         anychanged = FALSE;
6148 retry:
6149         oldpde = newpde = *pde;
6150         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6151                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6152                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6153                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6154                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6155                                 vm_page_dirty(mt);
6156                 }
6157                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6158         }
6159         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6160                 newpde |= pg_nx;
6161         if (newpde != oldpde) {
6162                 /*
6163                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6164                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6165                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6166                  */
6167                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6168                         goto retry;
6169                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6170                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6171                 else
6172                         anychanged = TRUE;
6173         }
6174         return (anychanged);
6175 }
6176
6177 /*
6178  *      Set the physical protection on the
6179  *      specified range of this map as requested.
6180  */
6181 void
6182 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6183 {
6184         vm_page_t m;
6185         vm_offset_t va_next;
6186         pml4_entry_t *pml4e;
6187         pdp_entry_t *pdpe;
6188         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6189         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6190         pt_entry_t obits, pbits;
6191         boolean_t anychanged;
6192
6193         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6194         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6195                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6196                 return;
6197         }
6198
6199         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6200             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6201                 return;
6202
6203         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6204         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6205         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6206         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6207         anychanged = FALSE;
6208
6209         /*
6210          * Although this function delays and batches the invalidation
6211          * of stale TLB entries, it does not need to call
6212          * pmap_delayed_invl_start() and
6213          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6214          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6215          * protection-only changes need only be invalidated before the
6216          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6217          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6218          * a physical page's PV list of mappings, like
6219          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6220          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6221          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6222          * updates.
6223          *
6224          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6225          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6226          * invalidated.
6227          */
6228
6229         PMAP_LOCK(pmap);
6230         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6231                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6232                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6233                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6234                         if (va_next < sva)
6235                                 va_next = eva;
6236                         continue;
6237                 }
6238
6239                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6240                 if (va_next < sva)
6241                         va_next = eva;
6242                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6243                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6244                         continue;
6245                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6246                         KASSERT(va_next <= eva,
6247                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6248                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6249                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6250 retry_pdpe:
6251                         obits = pbits = *pdpe;
6252                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6253                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6254                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6255                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6256                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6257                                 pbits |= pg_nx;
6258
6259                         if (pbits != obits) {
6260                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6261                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6262                                         goto retry_pdpe;
6263                                 anychanged = TRUE;
6264                         }
6265                         continue;
6266                 }
6267
6268                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6269                 if (va_next < sva)
6270                         va_next = eva;
6271
6272                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6273                 ptpaddr = *pde;
6274
6275                 /*
6276                  * Weed out invalid mappings.
6277                  */
6278                 if (ptpaddr == 0)
6279                         continue;
6280
6281                 /*
6282                  * Check for large page.
6283                  */
6284                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6285                         /*
6286                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6287                          * demote the mapping and fall through.
6288                          */
6289                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6290                                 /*
6291                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6292                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6293                                  */
6294                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6295                                         anychanged = TRUE;
6296                                 continue;
6297                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6298                                 /*
6299                                  * The large page mapping was destroyed.
6300                                  */
6301                                 continue;
6302                         }
6303                 }
6304
6305                 if (va_next > eva)
6306                         va_next = eva;
6307
6308                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6309                     sva += PAGE_SIZE) {
6310 retry:
6311                         obits = pbits = *pte;
6312                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6313                                 continue;
6314
6315                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6316                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6317                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6318                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6319                                         vm_page_dirty(m);
6320                                 }
6321                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6322                         }
6323                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6324                                 pbits |= pg_nx;
6325
6326                         if (pbits != obits) {
6327                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6328                                         goto retry;
6329                                 if (obits & PG_G)
6330                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6331                                 else
6332                                         anychanged = TRUE;
6333                         }
6334                 }
6335         }
6336         if (anychanged)
6337                 pmap_invalidate_all(pmap);
6338         PMAP_UNLOCK(pmap);
6339 }
6340
6341 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6342 static bool
6343 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6344 {
6345
6346         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6347                 return (false);
6348         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6349 }
6350
6351 /*
6352  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6353  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6354  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6355  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6356  * identical characteristics. 
6357  */
6358 static void
6359 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6360     struct rwlock **lockp)
6361 {
6362         pd_entry_t newpde;
6363         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6364         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6365         vm_page_t mpte;
6366         int PG_PTE_CACHE;
6367
6368         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6369         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6370         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6371         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6372         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6373         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6374         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6375
6376         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6377
6378         /*
6379          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6380          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6381          * within a 2MB page. 
6382          */
6383         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6384 setpde:
6385         newpde = *firstpte;
6386         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6387             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6388             newpde))) {
6389                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6390                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6391                     " in pmap %p", va, pmap);
6392                 return;
6393         }
6394         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6395                 /*
6396                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6397                  * a TLB invalidation.
6398                  */
6399                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
6400                         goto setpde;
6401                 newpde &= ~PG_RW;
6402         }
6403
6404         /*
6405          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6406          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6407          * characteristics to the first PTE.
6408          */
6409         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6410         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6411 setpte:
6412                 oldpte = *pte;
6413                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6414                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6415                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6416                             " in pmap %p", va, pmap);
6417                         return;
6418                 }
6419                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6420                         /*
6421                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6422                          * without a TLB invalidation.
6423                          */
6424                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6425                                 goto setpte;
6426                         oldpte &= ~PG_RW;
6427                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6428                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6429                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6430                 }
6431                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6432                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6433                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6434                             " in pmap %p", va, pmap);
6435                         return;
6436                 }
6437                 pa -= PAGE_SIZE;
6438         }
6439
6440         /*
6441          * Save the page table page in its current state until the PDE
6442          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6443          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6444          */
6445         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6446         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6447             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6448             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6449         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6450             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
6451         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6452                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6453                 CTR2(KTR_PMAP,
6454                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6455                     pmap);
6456                 return;
6457         }
6458
6459         /*
6460          * Promote the pv entries.
6461          */
6462         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6463                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6464
6465         /*
6466          * Propagate the PAT index to its proper position.
6467          */
6468         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6469
6470         /*
6471          * Map the superpage.
6472          */
6473         if (workaround_erratum383)
6474                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6475         else
6476                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6477
6478         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
6479         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6480             " in pmap %p", va, pmap);
6481 }
6482 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6483
6484 static int
6485 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6486     int psind)
6487 {
6488         vm_page_t mp;
6489         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6490
6491         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6492         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6493             ("psind %d unexpected", psind));
6494         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6495             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6496             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6497         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6498             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6499         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6500             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6501         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6502             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6503
6504         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6505
6506 restart:
6507         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6508                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6509         pten = newpte;
6510         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6511                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6512
6513         if (psind == 2) {       /* 1G */
6514                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
6515                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6516                         mp = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
6517                             NULL, va);
6518                         if (mp == NULL)
6519                                 goto allocf;
6520                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6521                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
6522                         origpte = *pdpe;
6523                         MPASS(origpte == 0);
6524                 } else {
6525                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
6526                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
6527                         origpte = *pdpe;
6528                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6529                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
6530                                 mp->ref_count++;
6531                         }
6532                 }
6533                 *pdpe = pten;
6534         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
6535                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6536                 if (pde == NULL) {
6537                         mp = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
6538                             NULL, va);
6539                         if (mp == NULL)
6540                                 goto allocf;
6541                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6542                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6543                         origpte = *pde;
6544                         MPASS(origpte == 0);
6545                 } else {
6546                         origpte = *pde;
6547                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6548                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
6549                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
6550                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
6551                                 mp->ref_count++;
6552                         }
6553                 }
6554                 *pde = pten;
6555         }
6556         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
6557             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
6558             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
6559             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
6560         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6561                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6562         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6563                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6564         if ((origpte & PG_V) == 0)
6565                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
6566
6567         return (KERN_SUCCESS);
6568
6569 allocf:
6570         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
6571                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6572         PMAP_UNLOCK(pmap);
6573         vm_wait(NULL);
6574         PMAP_LOCK(pmap);
6575         goto restart;
6576 }
6577
6578 /*
6579  *      Insert the given physical page (p) at
6580  *      the specified virtual address (v) in the
6581  *      target physical map with the protection requested.
6582  *
6583  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6584  *      that the related pte can not be reclaimed.
6585  *
6586  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6587  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6588  *      insert this page into the given map NOW.
6589  *
6590  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6591  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6592  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6593  */
6594 int
6595 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6596     u_int flags, int8_t psind)
6597 {
6598         struct rwlock *lock;
6599         pd_entry_t *pde;
6600         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6601         pt_entry_t newpte, origpte;
6602         pv_entry_t pv;
6603         vm_paddr_t opa, pa;
6604         vm_page_t mpte, om;
6605         int rv;
6606         boolean_t nosleep;
6607
6608         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6609         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6610         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6611         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6612         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6613
6614         va = trunc_page(va);
6615         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6616         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6617             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6618             va));
6619         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6620             va >= kmi.clean_eva,
6621             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6622         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6623                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6624         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6625             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6626         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6627         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6628         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6629                 newpte |= PG_M;
6630         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6631                 newpte |= PG_RW;
6632         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6633             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6634         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6635                 newpte |= pg_nx;
6636         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6637                 newpte |= PG_W;
6638         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6639                 newpte |= PG_U;
6640         if (pmap == kernel_pmap)
6641                 newpte |= PG_G;
6642         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6643
6644         /*
6645          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6646          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6647          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6648          */
6649         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6650                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6651                         newpte |= PG_M;
6652         } else
6653                 newpte |= PG_MANAGED;
6654
6655         lock = NULL;
6656         PMAP_LOCK(pmap);
6657         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
6658                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6659                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
6660                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
6661                     psind);
6662                 goto out;
6663         }
6664         if (psind == 1) {
6665                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6666                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6667                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6668                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6669                 goto out;
6670         }
6671         mpte = NULL;
6672
6673         /*
6674          * In the case that a page table page is not
6675          * resident, we are creating it here.
6676          */
6677 retry:
6678         pde = pmap_pde(pmap, va);
6679         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6680             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6681                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6682                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6683                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6684                         mpte->ref_count++;
6685                 }
6686         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6687                 /*
6688                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6689                  * deallocated.
6690                  */
6691                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6692                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6693                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6694                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6695                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6696                         goto out;
6697                 }
6698                 goto retry;
6699         } else
6700                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6701
6702         origpte = *pte;
6703         pv = NULL;
6704         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6705                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6706
6707         /*
6708          * Is the specified virtual address already mapped?
6709          */
6710         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6711                 /*
6712                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6713                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6714                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6715                  * the PT page will be also.
6716                  */
6717                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6718                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6719                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6720                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6721
6722                 /*
6723                  * Remove the extra PT page reference.
6724                  */
6725                 if (mpte != NULL) {
6726                         mpte->ref_count--;
6727                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6728                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6729                              " va: 0x%lx", va));
6730                 }
6731
6732                 /*
6733                  * Has the physical page changed?
6734                  */
6735                 opa = origpte & PG_FRAME;
6736                 if (opa == pa) {
6737                         /*
6738                          * No, might be a protection or wiring change.
6739                          */
6740                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6741                             (newpte & PG_RW) != 0)
6742                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6743                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6744                                 goto unchanged;
6745                         goto validate;
6746                 }
6747
6748                 /*
6749                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6750                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6751                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6752                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6753                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6754                  * avoiding an allocation.
6755                  *
6756                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6757                  */
6758                 origpte = pte_load_clear(pte);
6759                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6760                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6761                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6762                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6763
6764                         /*
6765                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6766                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6767                          * pmap_ts_referenced().
6768                          */
6769                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6770                                 vm_page_dirty(om);
6771                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6772                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6773                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6774                         }
6775                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6776                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6777                         KASSERT(pv != NULL,
6778                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6779                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6780                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6781                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6782                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6783                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6784                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6785                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6786                 } else {
6787                         /*
6788                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6789                          * is set.
6790                          */
6791                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6792                 }
6793                 origpte = 0;
6794         } else {
6795                 /*
6796                  * Increment the counters.
6797                  */
6798                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6799                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6800                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6801         }
6802
6803         /*
6804          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6805          */
6806         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6807                 if (pv == NULL) {
6808                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6809                         pv->pv_va = va;
6810                 }
6811                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6812                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6813                 m->md.pv_gen++;
6814                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6815                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6816         }
6817
6818         /*
6819          * Update the PTE.
6820          */
6821         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6822 validate:
6823                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6824                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6825                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6826                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6827                     (PG_M | PG_RW)) {
6828                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6829                                 vm_page_dirty(m);
6830
6831                         /*
6832                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6833                          * invalidation may nonetheless be required because
6834                          * the PTE no longer has PG_M set.
6835                          */
6836                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6837                         /*
6838                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6839                          */
6840                         goto unchanged;
6841                 }
6842                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6843                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6844         } else
6845                 pte_store(pte, newpte);
6846
6847 unchanged:
6848
6849 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6850         /*
6851          * If both the page table page and the reservation are fully
6852          * populated, then attempt promotion.
6853          */
6854         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6855             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6856             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6857             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6858                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6859 #endif
6860
6861         rv = KERN_SUCCESS;
6862 out:
6863         if (lock != NULL)
6864                 rw_wunlock(lock);
6865         PMAP_UNLOCK(pmap);
6866         return (rv);
6867 }
6868
6869 /*
6870  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6871  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6872  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6873  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6874  * PV entry.
6875  */
6876 static bool
6877 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6878     struct rwlock **lockp)
6879 {
6880         pd_entry_t newpde;
6881         pt_entry_t PG_V;
6882
6883         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6884         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6885         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6886             PG_PS | PG_V;
6887         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6888                 newpde |= PG_MANAGED;
6889         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6890                 newpde |= pg_nx;
6891         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6892                 newpde |= PG_U;
6893         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6894             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6895             KERN_SUCCESS);
6896 }
6897
6898 /*
6899  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6900  * zero.
6901  */
6902 static bool
6903 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6904 {
6905         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6906
6907         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6908         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6909         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6910                 if (*pte != 0)
6911                         return (false);
6912         }
6913         return (true);
6914 }
6915
6916 /*
6917  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6918  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6919  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6920  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6921  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6922  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6923  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6924  *
6925  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6926  */
6927 static int
6928 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6929     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6930 {
6931         struct spglist free;
6932         pd_entry_t oldpde, *pde;
6933         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6934         vm_page_t mt, pdpg;
6935
6936         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6937             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6938         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6939         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6940         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6941             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6942         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6943         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6944
6945         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6946             newpde))) {
6947                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6948                     " in pmap %p", va, pmap);
6949                 return (KERN_FAILURE);
6950         }
6951         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6952             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6953                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6954                     " in pmap %p", va, pmap);
6955                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6956         }
6957
6958         /*
6959          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6960          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6961          * it could sleep.
6962          */
6963         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6964                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6965                 return (KERN_FAILURE);
6966         }
6967         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6968                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6969                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6970         }
6971
6972         /*
6973          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6974          */
6975         oldpde = *pde;
6976         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6977                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6978                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6979                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6980                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6981                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6982                         if (pdpg != NULL)
6983                                 pdpg->ref_count--;
6984                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6985                             " in pmap %p", va, pmap);
6986                         return (KERN_FAILURE);
6987                 }
6988                 /* Break the existing mapping(s). */
6989                 SLIST_INIT(&free);
6990                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6991                         /*
6992                          * The reference to the PD page that was acquired by
6993                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6994                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6995                          * a reserved PT page could be freed.
6996                          */
6997                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6998                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6999                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7000                 } else {
7001                         pmap_delayed_invl_start();
7002                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7003                             lockp))
7004                                pmap_invalidate_all(pmap);
7005                         pmap_delayed_invl_finish();
7006                 }
7007                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7008                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7009                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7010                             pde));
7011                 } else {
7012                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7013                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7014
7015                         /*
7016                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7017                          * leave the kernel page table page zero filled.
7018                          */
7019                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7020                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7021                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7022                 }
7023         }
7024
7025         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7026                 /*
7027                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7028                  */
7029                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7030                         if (pdpg != NULL)
7031                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7032                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7033                             " in pmap %p", va, pmap);
7034                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7035                 }
7036                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7037                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7038                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7039                 }
7040         }
7041
7042         /*
7043          * Increment counters.
7044          */
7045         if ((newpde & PG_W) != 0)
7046                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7047         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7048
7049         /*
7050          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7051          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7052          */
7053         pde_store(pde, newpde);
7054
7055         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7056         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7057             va, pmap);
7058         return (KERN_SUCCESS);
7059 }
7060
7061 /*
7062  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7063  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7064  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7065  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7066  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7067  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7068  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7069  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7070  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7071  * corresponding offset from m_start are mapped.
7072  */
7073 void
7074 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7075     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7076 {
7077         struct rwlock *lock;
7078         vm_offset_t va;
7079         vm_page_t m, mpte;
7080         vm_pindex_t diff, psize;
7081
7082         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7083
7084         psize = atop(end - start);
7085         mpte = NULL;
7086         m = m_start;
7087         lock = NULL;
7088         PMAP_LOCK(pmap);
7089         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7090                 va = start + ptoa(diff);
7091                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7092                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7093                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
7094                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
7095                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7096                 else
7097                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7098                             mpte, &lock);
7099                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7100         }
7101         if (lock != NULL)
7102                 rw_wunlock(lock);
7103         PMAP_UNLOCK(pmap);
7104 }
7105
7106 /*
7107  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7108  * 1. Current pmap & pmap exists.
7109  * 2. Not wired.
7110  * 3. Read access.
7111  * 4. No page table pages.
7112  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7113  */
7114
7115 void
7116 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7117 {
7118         struct rwlock *lock;
7119
7120         lock = NULL;
7121         PMAP_LOCK(pmap);
7122         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7123         if (lock != NULL)
7124                 rw_wunlock(lock);
7125         PMAP_UNLOCK(pmap);
7126 }
7127
7128 static vm_page_t
7129 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7130     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7131 {
7132         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7133
7134         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
7135             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7136             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7137         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7138         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7139
7140         /*
7141          * In the case that a page table page is not
7142          * resident, we are creating it here.
7143          */
7144         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7145                 vm_pindex_t ptepindex;
7146                 pd_entry_t *ptepa;
7147
7148                 /*
7149                  * Calculate pagetable page index
7150                  */
7151                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7152                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7153                         mpte->ref_count++;
7154                 } else {
7155                         /*
7156                          * Get the page directory entry
7157                          */
7158                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
7159
7160                         /*
7161                          * If the page table page is mapped, we just increment
7162                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7163                          * attempt to allocate a page table page.  If this
7164                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
7165                          */
7166                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
7167                                 if (*ptepa & PG_PS)
7168                                         return (NULL);
7169                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7170                                 mpte->ref_count++;
7171                         } else {
7172                                 /*
7173                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7174                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7175                                  */
7176                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL,
7177                                     va);
7178                                 if (mpte == NULL)
7179                                         return (mpte);
7180                         }
7181                 }
7182                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7183                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7184         } else {
7185                 mpte = NULL;
7186                 pte = vtopte(va);
7187         }
7188         if (*pte) {
7189                 if (mpte != NULL)
7190                         mpte->ref_count--;
7191                 return (NULL);
7192         }
7193
7194         /*
7195          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7196          */
7197         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7198             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7199                 if (mpte != NULL)
7200                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7201                 return (NULL);
7202         }
7203
7204         /*
7205          * Increment counters
7206          */
7207         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
7208
7209         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7210             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7211         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7212                 newpte |= PG_MANAGED;
7213         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7214                 newpte |= pg_nx;
7215         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7216                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7217         pte_store(pte, newpte);
7218         return (mpte);
7219 }
7220
7221 /*
7222  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7223  * to be used for panic dumps.
7224  */
7225 void *
7226 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7227 {
7228         vm_offset_t va;
7229
7230         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7231         pmap_kenter(va, pa);
7232         invlpg(va);
7233         return ((void *)crashdumpmap);
7234 }
7235
7236 /*
7237  * This code maps large physical mmap regions into the
7238  * processor address space.  Note that some shortcuts
7239  * are taken, but the code works.
7240  */
7241 void
7242 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7243     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7244 {
7245         pd_entry_t *pde;
7246         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7247         vm_paddr_t pa, ptepa;
7248         vm_page_t p, pdpg;
7249         int pat_mode;
7250
7251         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7252         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7253         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7254         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7255
7256         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7257         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7258             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7259         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7260                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7261                         return;
7262                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7263                         return;
7264                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7265                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7266                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7267                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7268
7269                 /*
7270                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7271                  * aligned to a 2MB page boundary.
7272                  */
7273                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7274                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7275                         return;
7276
7277                 /*
7278                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7279                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7280                  * memory attributes.
7281                  */
7282                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7283                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7284                     pa += PAGE_SIZE) {
7285                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7286                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7287                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7288                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7289                                 return;
7290                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7291                 }
7292
7293                 /*
7294                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7295                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7296                  * will not affect the termination of this loop.
7297                  */ 
7298                 PMAP_LOCK(pmap);
7299                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7300                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7301                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7302                         if (pde == NULL) {
7303                                 /*
7304                                  * The creation of mappings below is only an
7305                                  * optimization.  If a page directory page
7306                                  * cannot be allocated without blocking,
7307                                  * continue on to the next mapping rather than
7308                                  * blocking.
7309                                  */
7310                                 addr += NBPDR;
7311                                 continue;
7312                         }
7313                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7314                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7315                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7316                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7317                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7318                         } else {
7319                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7320                                 pdpg->ref_count--;
7321                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7322                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7323                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7324                         }
7325                         addr += NBPDR;
7326                 }
7327                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7328         }
7329 }
7330
7331 /*
7332  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7333  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7334  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7335  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7336  *
7337  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7338  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7339  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7340  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7341  *      function are not needed.
7342  */
7343 void
7344 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7345 {
7346         vm_offset_t va_next;
7347         pml4_entry_t *pml4e;
7348         pdp_entry_t *pdpe;
7349         pd_entry_t *pde;
7350         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G;
7351
7352         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7353         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7354         PMAP_LOCK(pmap);
7355         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7356                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7357                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7358                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7359                         if (va_next < sva)
7360                                 va_next = eva;
7361                         continue;
7362                 }
7363
7364                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7365                 if (va_next < sva)
7366                         va_next = eva;
7367                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7368                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7369                         continue;
7370                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7371                         KASSERT(va_next <= eva,
7372                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7373                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7374                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7375                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7376                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7377                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7378                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7379                         continue;
7380                 }
7381
7382                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7383                 if (va_next < sva)
7384                         va_next = eva;
7385                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7386                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7387                         continue;
7388                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7389                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7390                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7391                                     (uintmax_t)*pde);
7392
7393                         /*
7394                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7395                          * demote the mapping and fall through.
7396                          */
7397                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7398                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7399                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7400                                     PAGE_SIZE;
7401                                 continue;
7402                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7403                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7404                 }
7405                 if (va_next > eva)
7406                         va_next = eva;
7407                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7408                     sva += PAGE_SIZE) {
7409                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7410                                 continue;
7411                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7412                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7413                                     (uintmax_t)*pte);
7414
7415                         /*
7416                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7417                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7418                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7419                          */
7420                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7421                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7422                 }
7423         }
7424         PMAP_UNLOCK(pmap);
7425 }
7426
7427 /*
7428  *      Copy the range specified by src_addr/len
7429  *      from the source map to the range dst_addr/len
7430  *      in the destination map.
7431  *
7432  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7433  */
7434 void
7435 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7436     vm_offset_t src_addr)
7437 {
7438         struct rwlock *lock;
7439         pml4_entry_t *pml4e;
7440         pdp_entry_t *pdpe;
7441         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7442         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7443         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7444         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7445
7446         if (dst_addr != src_addr)
7447                 return;
7448
7449         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7450                 return;
7451
7452         /*
7453          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7454          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7455          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7456          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7457          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7458          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7459          */
7460         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7461                 return;
7462
7463         end_addr = src_addr + len;
7464         lock = NULL;
7465         if (dst_pmap < src_pmap) {
7466                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7467                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7468         } else {
7469                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7470                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7471         }
7472
7473         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7474         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7475         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7476
7477         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7478                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7479                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7480
7481                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7482                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7483                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7484                         if (va_next < addr)
7485                                 va_next = end_addr;
7486                         continue;
7487                 }
7488
7489                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7490                 if (va_next < addr)
7491                         va_next = end_addr;
7492                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7493                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7494                         continue;
7495                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7496                         KASSERT(va_next <= end_addr,
7497                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7498                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7499                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7500                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
7501                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
7502                         srcptepaddr = *pdpe;
7503                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7504                         if (pdpe == NULL) {
7505                                 if (_pmap_allocpte(dst_pmap,
7506                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
7507                                     NULL)
7508                                         break;
7509                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7510                         } else {
7511                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
7512                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7513                                 dst_pdpg->ref_count++;
7514                         }
7515                         KASSERT(*pdpe == 0,
7516                             ("1G mapping present in dst pmap "
7517                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7518                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7519                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
7520                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
7521                         continue;
7522                 }
7523
7524                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7525                 if (va_next < addr)
7526                         va_next = end_addr;
7527
7528                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7529                 srcptepaddr = *pde;
7530                 if (srcptepaddr == 0)
7531                         continue;
7532                         
7533                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7534                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7535                                 continue;
7536                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7537                         if (pde == NULL)
7538                                 break;
7539                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7540                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7541                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7542                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
7543                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
7544                                     PAGE_SIZE);
7545                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7546                         } else
7547                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7548                         continue;
7549                 }
7550
7551                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7552                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7553                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7554                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7555
7556                 if (va_next > end_addr)
7557                         va_next = end_addr;
7558
7559                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7560                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7561                 dstmpte = NULL;
7562                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7563                         ptetemp = *src_pte;
7564
7565                         /*
7566                          * We only virtual copy managed pages.
7567                          */
7568                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7569                                 continue;
7570
7571                         if (dstmpte != NULL) {
7572                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7573                                     pmap_pde_pindex(addr),
7574                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7575                                 dstmpte->ref_count++;
7576                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7577                             NULL)) == NULL)
7578                                 goto out;
7579                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7580                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7581                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7582                         if (*dst_pte == 0 &&
7583                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7584                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7585                                 /*
7586                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7587                                  * (referenced) bits during the copy.
7588                                  */
7589                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7590                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
7591                         } else {
7592                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7593                                 goto out;
7594                         }
7595                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7596                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7597                                 break;
7598                 }
7599         }
7600 out:
7601         if (lock != NULL)
7602                 rw_wunlock(lock);
7603         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7604         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7605 }
7606
7607 int
7608 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7609 {
7610         int error;
7611
7612         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7613             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7614             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7615                 return (0);
7616         for (;;) {
7617                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7618                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7619                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7620                 } else {
7621                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7622                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7623                 }
7624                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7625                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7626                 if (error == ENOMEM)
7627                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7628                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7629                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7630                 if (error != ENOMEM)
7631                         break;
7632                 vm_wait(NULL);
7633         }
7634         return (error);
7635 }
7636
7637 /*
7638  * Zero the specified hardware page.
7639  */
7640 void
7641 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7642 {
7643         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7644
7645         pagezero((void *)va);
7646 }
7647
7648 /*
7649  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7650  * cover an area beyond a single hardware page.
7651  */
7652 void
7653 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7654 {
7655         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7656
7657         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7658                 pagezero((void *)va);
7659         else
7660                 bzero((char *)va + off, size);
7661 }
7662
7663 /*
7664  * Copy 1 specified hardware page to another.
7665  */
7666 void
7667 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7668 {
7669         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7670         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7671
7672         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7673 }
7674
7675 int unmapped_buf_allowed = 1;
7676
7677 void
7678 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7679     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7680 {
7681         void *a_cp, *b_cp;
7682         vm_page_t pages[2];
7683         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7684         int cnt;
7685         boolean_t mapped;
7686
7687         while (xfersize > 0) {
7688                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7689                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7690                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7691                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7692                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7693                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7694                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7695                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7696                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7697                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7698                 if (__predict_false(mapped))
7699                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7700                 a_offset += cnt;
7701                 b_offset += cnt;
7702                 xfersize -= cnt;
7703         }
7704 }
7705
7706 /*
7707  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7708  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7709  * be changed upwards or downwards in the future; it
7710  * is only necessary that true be returned for a small
7711  * subset of pmaps for proper page aging.
7712  */
7713 boolean_t
7714 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7715 {
7716         struct md_page *pvh;
7717         struct rwlock *lock;
7718         pv_entry_t pv;
7719         int loops = 0;
7720         boolean_t rv;
7721
7722         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7723             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7724         rv = FALSE;
7725         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7726         rw_rlock(lock);
7727         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7728                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7729                         rv = TRUE;
7730                         break;
7731                 }
7732                 loops++;
7733                 if (loops >= 16)
7734                         break;
7735         }
7736         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7737                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7738                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7739                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7740                                 rv = TRUE;
7741                                 break;
7742                         }
7743                         loops++;
7744                         if (loops >= 16)
7745                                 break;
7746                 }
7747         }
7748         rw_runlock(lock);
7749         return (rv);
7750 }
7751
7752 /*
7753  *      pmap_page_wired_mappings:
7754  *
7755  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7756  *      that are wired.
7757  */
7758 int
7759 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7760 {
7761         struct rwlock *lock;
7762         struct md_page *pvh;
7763         pmap_t pmap;
7764         pt_entry_t *pte;
7765         pv_entry_t pv;
7766         int count, md_gen, pvh_gen;
7767
7768         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7769                 return (0);
7770         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7771         rw_rlock(lock);
7772 restart:
7773         count = 0;
7774         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7775                 pmap = PV_PMAP(pv);
7776                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7777                         md_gen = m->md.pv_gen;
7778                         rw_runlock(lock);
7779                         PMAP_LOCK(pmap);
7780                         rw_rlock(lock);
7781                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7782                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7783                                 goto restart;
7784                         }
7785                 }
7786                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7787                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7788                         count++;
7789                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7790         }
7791         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7792                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7793                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7794                         pmap = PV_PMAP(pv);
7795                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7796                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7797                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7798                                 rw_runlock(lock);
7799                                 PMAP_LOCK(pmap);
7800                                 rw_rlock(lock);
7801                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7802                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7803                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7804                                         goto restart;
7805                                 }
7806                         }
7807                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7808                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7809                                 count++;
7810                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7811                 }
7812         }
7813         rw_runlock(lock);
7814         return (count);
7815 }
7816
7817 /*
7818  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7819  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7820  */
7821 boolean_t
7822 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7823 {
7824         struct rwlock *lock;
7825         boolean_t rv;
7826
7827         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7828                 return (FALSE);
7829         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7830         rw_rlock(lock);
7831         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7832             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7833             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7834         rw_runlock(lock);
7835         return (rv);
7836 }
7837
7838 /*
7839  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7840  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7841  * caller.
7842  *
7843  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7844  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7845  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7846  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7847  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7848  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7849  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7850  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7851  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7852  * this function starts.
7853  *
7854  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7855  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7856  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7857  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7858  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7859  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7860  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7861  * that eventual TLB invalidation.
7862  */
7863 void
7864 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7865 {
7866         pd_entry_t ptepde;
7867         pt_entry_t *pte, tpte;
7868         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7869         struct spglist free;
7870         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7871         vm_page_t m, mpte, mt;
7872         pv_entry_t pv;
7873         struct md_page *pvh;
7874         struct pv_chunk *pc, *npc;
7875         struct rwlock *lock;
7876         int64_t bit;
7877         uint64_t inuse, bitmask;
7878         int allfree, field, freed, i, idx;
7879         boolean_t superpage;
7880         vm_paddr_t pa;
7881
7882         /*
7883          * Assert that the given pmap is only active on the current
7884          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7885          * activating the pmap while this function is executing.
7886          */
7887         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7888 #ifdef INVARIANTS
7889         {
7890                 cpuset_t other_cpus;
7891
7892                 other_cpus = all_cpus;
7893                 critical_enter();
7894                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7895                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7896                 critical_exit();
7897                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7898         }
7899 #endif
7900
7901         lock = NULL;
7902         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7903         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7904         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7905
7906         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7907                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7908         SLIST_INIT(&free);
7909         PMAP_LOCK(pmap);
7910         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7911                 allfree = 1;
7912                 freed = 0;
7913                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7914                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7915                         while (inuse != 0) {
7916                                 bit = bsfq(inuse);
7917                                 bitmask = 1UL << bit;
7918                                 idx = field * 64 + bit;
7919                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7920                                 inuse &= ~bitmask;
7921
7922                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7923                                 ptepde = *pte;
7924                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7925                                 tpte = *pte;
7926                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7927                                         superpage = FALSE;
7928                                         ptepde = tpte;
7929                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7930                                             PG_FRAME);
7931                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7932                                         tpte = *pte;
7933                                 } else {
7934                                         /*
7935                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7936                                          * superpage explicitly instead of
7937                                          * relying on PG_PS being set.
7938                                          *
7939                                          * This is because PG_PS is numerically
7940                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7941                                          * regular page could be mistaken for
7942                                          * a superpage.
7943                                          */
7944                                         superpage = TRUE;
7945                                 }
7946
7947                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7948                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7949                                             pv->pv_va, tpte);
7950                                 }
7951
7952 /*
7953  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7954  */
7955                                 if (tpte & PG_W) {
7956                                         allfree = 0;
7957                                         continue;
7958                                 }
7959
7960                                 if (superpage)
7961                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7962                                 else
7963                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7964
7965                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7966                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7967                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7968                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7969                                     (uintmax_t)tpte));
7970
7971                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7972                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7973                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7974                                     (uintmax_t)tpte));
7975
7976                                 pte_clear(pte);
7977
7978                                 /*
7979                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7980                                  */
7981                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7982                                         if (superpage) {
7983                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7984                                                         vm_page_dirty(mt);
7985                                         } else
7986                                                 vm_page_dirty(m);
7987                                 }
7988
7989                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7990
7991                                 /* Mark free */
7992                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7993                                 if (superpage) {
7994                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7995                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7996                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7997                                         pvh->pv_gen++;
7998                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7999                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8000                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8001                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8002                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8003                                         }
8004                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8005                                         if (mpte != NULL) {
8006                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
8007                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8008                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
8009                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8010                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8011                                                 mpte->ref_count = 0;
8012                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8013                                         }
8014                                 } else {
8015                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
8016                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8017                                         m->md.pv_gen++;
8018                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8019                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8020                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8021                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8022                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8023                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8024                                         }
8025                                 }
8026                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8027                                 freed++;
8028                         }
8029                 }
8030                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
8031                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
8032                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
8033                 if (allfree) {
8034                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8035                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8036                 }
8037         }
8038         if (lock != NULL)
8039                 rw_wunlock(lock);
8040         pmap_invalidate_all(pmap);
8041         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8042         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8043         PMAP_UNLOCK(pmap);
8044         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8045 }
8046
8047 static boolean_t
8048 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8049 {
8050         struct rwlock *lock;
8051         pv_entry_t pv;
8052         struct md_page *pvh;
8053         pt_entry_t *pte, mask;
8054         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8055         pmap_t pmap;
8056         int md_gen, pvh_gen;
8057         boolean_t rv;
8058
8059         rv = FALSE;
8060         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8061         rw_rlock(lock);
8062 restart:
8063         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8064                 pmap = PV_PMAP(pv);
8065                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8066                         md_gen = m->md.pv_gen;
8067                         rw_runlock(lock);
8068                         PMAP_LOCK(pmap);
8069                         rw_rlock(lock);
8070                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8071                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8072                                 goto restart;
8073                         }
8074                 }
8075                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8076                 mask = 0;
8077                 if (modified) {
8078                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8079                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8080                         mask |= PG_RW | PG_M;
8081                 }
8082                 if (accessed) {
8083                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8084                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8085                         mask |= PG_V | PG_A;
8086                 }
8087                 rv = (*pte & mask) == mask;
8088                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8089                 if (rv)
8090                         goto out;
8091         }
8092         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8093                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8094                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8095                         pmap = PV_PMAP(pv);
8096                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8097                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8098                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8099                                 rw_runlock(lock);
8100                                 PMAP_LOCK(pmap);
8101                                 rw_rlock(lock);
8102                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8103                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8104                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8105                                         goto restart;
8106                                 }
8107                         }
8108                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8109                         mask = 0;
8110                         if (modified) {
8111                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8112                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8113                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8114                         }
8115                         if (accessed) {
8116                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8117                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8118                                 mask |= PG_V | PG_A;
8119                         }
8120                         rv = (*pte & mask) == mask;
8121                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8122                         if (rv)
8123                                 goto out;
8124                 }
8125         }
8126 out:
8127         rw_runlock(lock);
8128         return (rv);
8129 }
8130
8131 /*
8132  *      pmap_is_modified:
8133  *
8134  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8135  *      in any physical maps.
8136  */
8137 boolean_t
8138 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8139 {
8140
8141         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8142             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8143
8144         /*
8145          * If the page is not busied then this check is racy.
8146          */
8147         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8148                 return (FALSE);
8149         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8150 }
8151
8152 /*
8153  *      pmap_is_prefaultable:
8154  *
8155  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8156  *      for prefault.
8157  */
8158 boolean_t
8159 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8160 {
8161         pd_entry_t *pde;
8162         pt_entry_t *pte, PG_V;
8163         boolean_t rv;
8164
8165         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8166         rv = FALSE;
8167         PMAP_LOCK(pmap);
8168         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8169         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8170                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8171                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8172         }
8173         PMAP_UNLOCK(pmap);
8174         return (rv);
8175 }
8176
8177 /*
8178  *      pmap_is_referenced:
8179  *
8180  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8181  *      in any physical maps.
8182  */
8183 boolean_t
8184 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8185 {
8186
8187         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8188             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8189         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8190 }
8191
8192 /*
8193  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8194  */
8195 void
8196 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8197 {
8198         struct md_page *pvh;
8199         pmap_t pmap;
8200         struct rwlock *lock;
8201         pv_entry_t next_pv, pv;
8202         pd_entry_t *pde;
8203         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8204         vm_offset_t va;
8205         int pvh_gen, md_gen;
8206
8207         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8208             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8209
8210         vm_page_assert_busied(m);
8211         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8212                 return;
8213
8214         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8215         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8216             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8217 retry_pv_loop:
8218         rw_wlock(lock);
8219         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8220                 pmap = PV_PMAP(pv);
8221                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8222                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8223                         rw_wunlock(lock);
8224                         PMAP_LOCK(pmap);
8225                         rw_wlock(lock);
8226                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8227                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8228                                 rw_wunlock(lock);
8229                                 goto retry_pv_loop;
8230                         }
8231                 }
8232                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8233                 va = pv->pv_va;
8234                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8235                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8236                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8237                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8238                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8239                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8240                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8241         }
8242         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8243                 pmap = PV_PMAP(pv);
8244                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8245                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8246                         md_gen = m->md.pv_gen;
8247                         rw_wunlock(lock);
8248                         PMAP_LOCK(pmap);
8249                         rw_wlock(lock);
8250                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8251                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8252                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8253                                 rw_wunlock(lock);
8254                                 goto retry_pv_loop;
8255                         }
8256                 }
8257                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8258                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8259                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8260                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8261                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8262                     m));
8263                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8264 retry:
8265                 oldpte = *pte;
8266                 if (oldpte & PG_RW) {
8267                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
8268                             ~(PG_RW | PG_M)))
8269                                 goto retry;
8270                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8271                                 vm_page_dirty(m);
8272                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8273                 }
8274                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8275         }
8276         rw_wunlock(lock);
8277         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8278         pmap_delayed_invl_wait(m);
8279 }
8280
8281 static __inline boolean_t
8282 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8283 {
8284
8285         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8286                 return (TRUE);
8287
8288         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8289
8290         /*
8291          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8292          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8293          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8294          */
8295         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8296                 return (FALSE);
8297
8298         /*
8299          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8300          */
8301         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8302             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8303                 return (TRUE);
8304         else
8305                 return (FALSE);
8306 }
8307
8308 /*
8309  *      pmap_ts_referenced:
8310  *
8311  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8312  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8313  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8314  *      reference bits set.
8315  *
8316  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8317  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8318  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8319  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8320  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8321  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8322  *      to pmap_is_modified().
8323  *
8324  *      A DI block is not needed within this function, because
8325  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8326  *      released.
8327  */
8328 int
8329 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8330 {
8331         struct md_page *pvh;
8332         pv_entry_t pv, pvf;
8333         pmap_t pmap;
8334         struct rwlock *lock;
8335         pd_entry_t oldpde, *pde;
8336         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8337         vm_offset_t va;
8338         vm_paddr_t pa;
8339         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8340         struct spglist free;
8341         boolean_t demoted;
8342
8343         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8344             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8345         SLIST_INIT(&free);
8346         cleared = 0;
8347         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8348         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8349         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8350         rw_wlock(lock);
8351 retry:
8352         not_cleared = 0;
8353         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8354                 goto small_mappings;
8355         pv = pvf;
8356         do {
8357                 if (pvf == NULL)
8358                         pvf = pv;
8359                 pmap = PV_PMAP(pv);
8360                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8361                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8362                         rw_wunlock(lock);
8363                         PMAP_LOCK(pmap);
8364                         rw_wlock(lock);
8365                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8366                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8367                                 goto retry;
8368                         }
8369                 }
8370                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8371                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8372                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8373                 va = pv->pv_va;
8374                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8375                 oldpde = *pde;
8376                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8377                         /*
8378                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8379                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8380                          * we only update the 4KB page under test.
8381                          */
8382                         vm_page_dirty(m);
8383                 }
8384                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8385                         /*
8386                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8387                          * pages, it should not be cleared every time it is
8388                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8389                          * physical page number, the virtual superpage number,
8390                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8391                          * the 512 on which testing the reference bit will
8392                          * result in clearing that reference bit.  This
8393                          * function is designed to avoid the selection of the
8394                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8395                          *
8396                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8397                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8398                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8399                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8400                          * since the superpage is wired, the current state of
8401                          * its reference bit won't affect page replacement.
8402                          */
8403                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8404                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8405                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8406                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8407                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8408                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8409                                         demoted = FALSE;
8410                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8411                                     pv->pv_va, &lock)) {
8412                                         /*
8413                                          * Remove the mapping to a single page
8414                                          * so that a subsequent access may
8415                                          * repromote.  Since the underlying
8416                                          * page table page is fully populated,
8417                                          * this removal never frees a page
8418                                          * table page.
8419                                          */
8420                                         demoted = TRUE;
8421                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8422                                             PG_PS_FRAME);
8423                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8424                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8425                                             NULL, &lock);
8426                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8427                                 } else
8428                                         demoted = TRUE;
8429
8430                                 if (demoted) {
8431                                         /*
8432                                          * The superpage mapping was removed
8433                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8434                                          * longer valid.
8435                                          */
8436                                         if (pvf == pv)
8437                                                 pvf = NULL;
8438                                         pv = NULL;
8439                                 }
8440                                 cleared++;
8441                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8442                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8443                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8444                         } else
8445                                 not_cleared++;
8446                 }
8447                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8448                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8449                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8450                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8451                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8452                         pvh->pv_gen++;
8453                 }
8454                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8455                         goto out;
8456         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8457 small_mappings:
8458         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8459                 goto out;
8460         pv = pvf;
8461         do {
8462                 if (pvf == NULL)
8463                         pvf = pv;
8464                 pmap = PV_PMAP(pv);
8465                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8466                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8467                         md_gen = m->md.pv_gen;
8468                         rw_wunlock(lock);
8469                         PMAP_LOCK(pmap);
8470                         rw_wlock(lock);
8471                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8472                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8473                                 goto retry;
8474                         }
8475                 }
8476                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8477                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8478                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8479                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8480                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8481                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8482                     m));
8483                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8484                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8485                         vm_page_dirty(m);
8486                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8487                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8488                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8489                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8490                                 cleared++;
8491                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8492                                 /*
8493                                  * Wired pages cannot be paged out so
8494                                  * doing accessed bit emulation for
8495                                  * them is wasted effort. We do the
8496                                  * hard work for unwired pages only.
8497                                  */
8498                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8499                                     *pde, &free, &lock);
8500                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8501                                 cleared++;
8502                                 if (pvf == pv)
8503                                         pvf = NULL;
8504                                 pv = NULL;
8505                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8506                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8507                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8508                         } else
8509                                 not_cleared++;
8510                 }
8511                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8512                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8513                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8514                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8515                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8516                         m->md.pv_gen++;
8517                 }
8518         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8519             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8520 out:
8521         rw_wunlock(lock);
8522         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8523         return (cleared + not_cleared);
8524 }
8525
8526 /*
8527  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8528  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8529  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8530  */
8531 void
8532 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8533 {
8534         struct rwlock *lock;
8535         pml4_entry_t *pml4e;
8536         pdp_entry_t *pdpe;
8537         pd_entry_t oldpde, *pde;
8538         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8539         vm_offset_t va, va_next;
8540         vm_page_t m;
8541         bool anychanged;
8542
8543         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8544                 return;
8545
8546         /*
8547          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8548          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8549          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8550          * A/D bit emulation.
8551          */
8552         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8553                 return;
8554
8555         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8556         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8557         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8558         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8559         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8560         anychanged = false;
8561         pmap_delayed_invl_start();
8562         PMAP_LOCK(pmap);
8563         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8564                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8565                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8566                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8567                         if (va_next < sva)
8568                                 va_next = eva;
8569                         continue;
8570                 }
8571
8572                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8573                 if (va_next < sva)
8574                         va_next = eva;
8575                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8576                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8577                         continue;
8578                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8579                         KASSERT(va_next <= eva,
8580                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8581                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8582                             *pdpe, sva, eva, va_next));
8583                         continue;
8584                 }
8585
8586                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8587                 if (va_next < sva)
8588                         va_next = eva;
8589                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8590                 oldpde = *pde;
8591                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8592                         continue;
8593                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8594                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8595                                 continue;
8596                         lock = NULL;
8597                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8598                                 if (lock != NULL)
8599                                         rw_wunlock(lock);
8600
8601                                 /*
8602                                  * The large page mapping was destroyed.
8603                                  */
8604                                 continue;
8605                         }
8606
8607                         /*
8608                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8609                          * mapping to a single page so that a subsequent
8610                          * access may repromote.  Choosing the last page
8611                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8612                          * generally results in more repromotions.  Since the
8613                          * underlying page table page is fully populated, this
8614                          * removal never frees a page table page.
8615                          */
8616                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8617                                 va = eva;
8618                                 if (va > va_next)
8619                                         va = va_next;
8620                                 va -= PAGE_SIZE;
8621                                 KASSERT(va >= sva,
8622                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8623                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8624                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8625                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8626                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8627                                     &lock);
8628                                 anychanged = true;
8629                         }
8630                         if (lock != NULL)
8631                                 rw_wunlock(lock);
8632                 }
8633                 if (va_next > eva)
8634                         va_next = eva;
8635                 va = va_next;
8636                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8637                     sva += PAGE_SIZE) {
8638                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8639                                 goto maybe_invlrng;
8640                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8641                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8642                                         /*
8643                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8644                                          * can be avoided by making the page
8645                                          * dirty now.
8646                                          */
8647                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8648                                         vm_page_dirty(m);
8649                                 }
8650                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8651                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8652                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8653                         else
8654                                 goto maybe_invlrng;
8655
8656                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8657                                 if (va == va_next)
8658                                         va = sva;
8659                         } else
8660                                 anychanged = true;
8661                         continue;
8662 maybe_invlrng:
8663                         if (va != va_next) {
8664                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8665                                 va = va_next;
8666                         }
8667                 }
8668                 if (va != va_next)
8669                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8670         }
8671         if (anychanged)
8672                 pmap_invalidate_all(pmap);
8673         PMAP_UNLOCK(pmap);
8674         pmap_delayed_invl_finish();
8675 }
8676
8677 /*
8678  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8679  */
8680 void
8681 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8682 {
8683         struct md_page *pvh;
8684         pmap_t pmap;
8685         pv_entry_t next_pv, pv;
8686         pd_entry_t oldpde, *pde;
8687         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8688         struct rwlock *lock;
8689         vm_offset_t va;
8690         int md_gen, pvh_gen;
8691
8692         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8693             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8694         vm_page_assert_busied(m);
8695
8696         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8697                 return;
8698         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8699             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8700         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8701         rw_wlock(lock);
8702 restart:
8703         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8704                 pmap = PV_PMAP(pv);
8705                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8706                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8707                         rw_wunlock(lock);
8708                         PMAP_LOCK(pmap);
8709                         rw_wlock(lock);
8710                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8711                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8712                                 goto restart;
8713                         }
8714                 }
8715                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8716                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8717                 va = pv->pv_va;
8718                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8719                 oldpde = *pde;
8720                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8721                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8722                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8723                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8724                         /*
8725                          * Write protect the mapping to a single page so that
8726                          * a subsequent write access may repromote.
8727                          */
8728                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8729                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8730                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8731                         vm_page_dirty(m);
8732                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8733                 }
8734                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8735         }
8736         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8737                 pmap = PV_PMAP(pv);
8738                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8739                         md_gen = m->md.pv_gen;
8740                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8741                         rw_wunlock(lock);
8742                         PMAP_LOCK(pmap);
8743                         rw_wlock(lock);
8744                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8745                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8746                                 goto restart;
8747                         }
8748                 }
8749                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8750                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8751                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8752                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8753                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8754                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8755                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8756                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8757                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8758                 }
8759                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8760         }
8761         rw_wunlock(lock);
8762 }
8763
8764 /*
8765  * Miscellaneous support routines follow
8766  */
8767
8768 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8769 static __inline void
8770 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8771 {
8772         u_long opte, npte;
8773
8774         opte = *(u_long *)pte;
8775         do {
8776                 npte = opte & ~mask;
8777                 npte |= bits;
8778         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8779             npte));
8780 }
8781
8782 /*
8783  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8784  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8785  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8786  * NOT real memory.
8787  */
8788 static void *
8789 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8790 {
8791         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8792         vm_offset_t va, offset;
8793         vm_size_t tmpsize;
8794         int i;
8795
8796         offset = pa & PAGE_MASK;
8797         size = round_page(offset + size);
8798         pa = trunc_page(pa);
8799
8800         if (!pmap_initialized) {
8801                 va = 0;
8802                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8803                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8804                         if (ppim->va == 0) {
8805                                 ppim->pa = pa;
8806                                 ppim->sz = size;
8807                                 ppim->mode = mode;
8808                                 ppim->va = virtual_avail;
8809                                 virtual_avail += size;
8810                                 va = ppim->va;
8811                                 break;
8812                         }
8813                 }
8814                 if (va == 0)
8815                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8816         } else {
8817                 /*
8818                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8819                  */
8820                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8821                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8822                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8823                             (ppim->mode == mode ||
8824                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8825                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8826                 }
8827                 /*
8828                  * If the specified range of physical addresses fits within
8829                  * the direct map window, use the direct map.
8830                  */
8831                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8832                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8833                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8834                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8835                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8836                                     PROT_NONE, mode, flags);
8837                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8838                         } else
8839                                 i = 0;
8840                         if (!i)
8841                                 return ((void *)(va + offset));
8842                 }
8843                 va = kva_alloc(size);
8844                 if (va == 0)
8845                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8846         }
8847         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8848                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8849         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8850         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8851                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8852         return ((void *)(va + offset));
8853 }
8854
8855 void *
8856 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8857 {
8858
8859         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8860             MAPDEV_SETATTR));
8861 }
8862
8863 void *
8864 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8865 {
8866
8867         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8868 }
8869
8870 void *
8871 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8872 {
8873
8874         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8875             MAPDEV_SETATTR));
8876 }
8877
8878 void *
8879 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8880 {
8881
8882         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8883             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8884 }
8885
8886 void
8887 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8888 {
8889         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8890         vm_offset_t offset;
8891         int i;
8892
8893         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8894         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8895                 return;
8896         offset = va & PAGE_MASK;
8897         size = round_page(offset + size);
8898         va = trunc_page(va);
8899         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8900                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8901                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8902                         if (pmap_initialized)
8903                                 return;
8904                         ppim->pa = 0;
8905                         ppim->va = 0;
8906                         ppim->sz = 0;
8907                         ppim->mode = 0;
8908                         if (va + size == virtual_avail)
8909                                 virtual_avail = va;
8910                         return;
8911                 }
8912         }
8913         if (pmap_initialized) {
8914                 pmap_qremove(va, atop(size));
8915                 kva_free(va, size);
8916         }
8917 }
8918
8919 /*
8920  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8921  */
8922 static boolean_t
8923 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8924 {
8925         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8926         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8927         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8928         vm_paddr_t pdpgpa;
8929         vm_page_t pdpg;
8930
8931         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8932         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8933         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8934         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8935
8936         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8937         oldpdpe = *pdpe;
8938         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8939             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8940         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8941             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8942                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8943                     " in pmap %p", va, pmap);
8944                 return (FALSE);
8945         }
8946         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8947         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8948         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8949         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8950             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8951         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8952             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8953         newpde = oldpdpe;
8954
8955         /*
8956          * Initialize the page directory page.
8957          */
8958         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8959                 *pde = newpde;
8960                 newpde += NBPDR;
8961         }
8962
8963         /*
8964          * Demote the mapping.
8965          */
8966         *pdpe = newpdpe;
8967
8968         /*
8969          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8970          */
8971         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8972
8973         pmap_pdpe_demotions++;
8974         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8975             " in pmap %p", va, pmap);
8976         return (TRUE);
8977 }
8978
8979 /*
8980  * Sets the memory attribute for the specified page.
8981  */
8982 void
8983 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8984 {
8985
8986         m->md.pat_mode = ma;
8987
8988         /*
8989          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8990          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8991          * required for data coherence.
8992          */
8993         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8994             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8995             m->md.pat_mode))
8996                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8997 }
8998
8999 /*
9000  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9001  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9002  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9003  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9004  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9005  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9006  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9007  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9008  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9009  * same physical page have different memory types.
9010  *
9011  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9012  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9013  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9014  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9015  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9016  * virtual address range or the direct map.
9017  */
9018 int
9019 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9020 {
9021         int error;
9022
9023         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9024         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9025             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9026         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9027         return (error);
9028 }
9029
9030 /*
9031  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9032  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9033  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9034  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9035  * map are never executable.
9036  */
9037 int
9038 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9039 {
9040         int error;
9041
9042         /* Only supported within the kernel map. */
9043         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9044                 return (EINVAL);
9045
9046         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9047         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9048             MAPDEV_ASSERTVALID);
9049         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9050         return (error);
9051 }
9052
9053 static int
9054 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9055     int mode, int flags)
9056 {
9057         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9058         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9059         pdp_entry_t *pdpe;
9060         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9061         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9062         int error;
9063         bool changed;
9064
9065         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9066         base = trunc_page(va);
9067         offset = va & PAGE_MASK;
9068         size = round_page(offset + size);
9069
9070         /*
9071          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9072          * map but excluding the recursive map.
9073          */
9074         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9075                 return (EINVAL);
9076
9077         /*
9078          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9079          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9080          *
9081          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9082          */
9083         pde_bits = pte_bits = 0;
9084         pde_mask = pte_mask = 0;
9085         if (mode != -1) {
9086                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9087                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9088                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9089                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9090         }
9091         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9092                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9093                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9094                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9095                 }
9096                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9097                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9098                         pde_bits |= pg_nx;
9099                         pte_bits |= pg_nx;
9100                 }
9101                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9102                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9103         }
9104
9105         /*
9106          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9107          * into 4KB pages if required.
9108          */
9109         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9110                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9111                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9112                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9113                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9114                         return (EINVAL);
9115                 }
9116                 if (*pdpe & PG_PS) {
9117                         /*
9118                          * If the current 1GB page already has the required
9119                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9120                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9121                          */
9122                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9123                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9124                                 continue;
9125                         }
9126
9127                         /*
9128                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9129                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9130                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9131                          */
9132                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9133                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9134                                 tmpva += NBPDP;
9135                                 continue;
9136                         }
9137                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9138                                 return (ENOMEM);
9139                 }
9140                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9141                 if (*pde == 0) {
9142                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9143                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9144                         return (EINVAL);
9145                 }
9146                 if (*pde & PG_PS) {
9147                         /*
9148                          * If the current 2MB page already has the required
9149                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9150                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9151                          */
9152                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9153                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9154                                 continue;
9155                         }
9156
9157                         /*
9158                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9159                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9160                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9161                          */
9162                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9163                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9164                                 tmpva += NBPDR;
9165                                 continue;
9166                         }
9167                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9168                                 return (ENOMEM);
9169                 }
9170                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9171                 if (*pte == 0) {
9172                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9173                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9174                         return (EINVAL);
9175                 }
9176                 tmpva += PAGE_SIZE;
9177         }
9178         error = 0;
9179
9180         /*
9181          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9182          * properties if required.
9183          */
9184         changed = false;
9185         pa_start = pa_end = 0;
9186         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9187                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9188                 if (*pdpe & PG_PS) {
9189                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9190                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9191                                 changed = true;
9192                         }
9193                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9194                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9195                                 if (pa_start == pa_end) {
9196                                         /* Start physical address run. */
9197                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9198                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9199                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9200                                         pa_end += NBPDP;
9201                                 else {
9202                                         /* Run ended, update direct map. */
9203                                         error = pmap_change_props_locked(
9204                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9205                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9206                                             flags);
9207                                         if (error != 0)
9208                                                 break;
9209                                         /* Start physical address run. */
9210                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9211                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9212                                 }
9213                         }
9214                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9215                         continue;
9216                 }
9217                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9218                 if (*pde & PG_PS) {
9219                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9220                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9221                                 changed = true;
9222                         }
9223                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9224                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9225                                 if (pa_start == pa_end) {
9226                                         /* Start physical address run. */
9227                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9228                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9229                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9230                                         pa_end += NBPDR;
9231                                 else {
9232                                         /* Run ended, update direct map. */
9233                                         error = pmap_change_props_locked(
9234                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9235                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9236                                             flags);
9237                                         if (error != 0)
9238                                                 break;
9239                                         /* Start physical address run. */
9240                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9241                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9242                                 }
9243                         }
9244                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9245                 } else {
9246                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9247                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9248                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9249                                 changed = true;
9250                         }
9251                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9252                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9253                                 if (pa_start == pa_end) {
9254                                         /* Start physical address run. */
9255                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9256                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9257                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9258                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9259                                 else {
9260                                         /* Run ended, update direct map. */
9261                                         error = pmap_change_props_locked(
9262                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9263                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9264                                             flags);
9265                                         if (error != 0)
9266                                                 break;
9267                                         /* Start physical address run. */
9268                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9269                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9270                                 }
9271                         }
9272                         tmpva += PAGE_SIZE;
9273                 }
9274         }
9275         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9276                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9277                 if (pa_start != pa_end1)
9278                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9279                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9280         }
9281
9282         /*
9283          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9284          * shouldn't be, etc.
9285          */
9286         if (changed) {
9287                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9288                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9289                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9290         }
9291         return (error);
9292 }
9293
9294 /*
9295  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9296  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9297  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9298  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9299  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9300  */
9301 void
9302 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9303 {
9304         pdp_entry_t *pdpe;
9305         pd_entry_t *pde;
9306         vm_offset_t va;
9307         boolean_t changed;
9308
9309         if (len == 0)
9310                 return;
9311         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9312         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9313             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9314         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9315                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9316                 changed = FALSE;
9317                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9318                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9319                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9320                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9321                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9322                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9323                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9324                         changed = TRUE;
9325                 }
9326                 if (len < NBPDR) {
9327                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9328                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9329                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9330                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9331                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9332                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9333                                 changed = TRUE;
9334                         }
9335                 }
9336                 if (changed && invalidate)
9337                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9338                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9339         }
9340 }
9341
9342 /*
9343  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9344  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9345  * find other mappings.
9346  */
9347 int
9348 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9349 {
9350         pdp_entry_t *pdpe;
9351         pd_entry_t *pdep;
9352         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9353         vm_paddr_t pa;
9354         int val;
9355
9356         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9357         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9358         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9359         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9360
9361         PMAP_LOCK(pmap);
9362         pte = 0;
9363         pa = 0;
9364         val = 0;
9365         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9366         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9367                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9368                         pte = *pdpe;
9369                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9370                             PG_FRAME;
9371                         val = MINCORE_PSIND(2);
9372                 } else {
9373                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9374                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9375                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9376                                         pte = *pdep;
9377                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9378                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9379                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9380                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9381                                 } else {
9382                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9383                                         pa = pte & PG_FRAME;
9384                                         val = 0;
9385                                 }
9386                         }
9387                 }
9388         }
9389         if ((pte & PG_V) != 0) {
9390                 val |= MINCORE_INCORE;
9391                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9392                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9393                 if ((pte & PG_A) != 0)
9394                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9395         }
9396         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9397             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9398             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9399                 *pap = pa;
9400         }
9401         PMAP_UNLOCK(pmap);
9402         return (val);
9403 }
9404
9405 static uint64_t
9406 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9407 {
9408         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9409
9410         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9411         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9412         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9413                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9414         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9415                 return (CR3_PCID_SAVE);
9416         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9417         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9418             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9419             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9420         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9421             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9422                 new_gen = gen + 1;
9423                 if (new_gen == 0)
9424                         new_gen = 1;
9425                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9426                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9427         } else {
9428                 new_gen = gen;
9429         }
9430         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9431         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9432         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9433         return (0);
9434 }
9435
9436 static uint64_t
9437 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9438 {
9439         uint64_t cached;
9440
9441         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9442         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9443             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9444             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9445         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9446             pmap == kernel_pmap,
9447             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9448             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9449         return (cached);
9450 }
9451
9452 static void
9453 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9454 {
9455
9456         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9457             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9458 }
9459
9460 static void
9461 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9462 {
9463         pmap_t old_pmap;
9464         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9465
9466         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9467             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9468
9469         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9470         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9471                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9472                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9473                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9474                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9475         }
9476
9477         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9478         cr3 = rcr3();
9479         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9480                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9481         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9482         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9483         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9484             PMAP_PCID_USER_PT;
9485
9486         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9487                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9488
9489         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9490         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9491         if (cached)
9492                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9493
9494         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9495 }
9496
9497 static void
9498 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9499     u_int cpuid)
9500 {
9501         uint64_t cached, cr3;
9502
9503         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9504             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9505
9506         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9507         cr3 = rcr3();
9508         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9509                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9510                     cached);
9511         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9512         if (cached)
9513                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9514 }
9515
9516 static void
9517 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9518     u_int cpuid __unused)
9519 {
9520
9521         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9522         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9523 }
9524
9525 static void
9526 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9527     u_int cpuid __unused)
9528 {
9529
9530         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9531         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9532         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9533         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9534 }
9535
9536 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9537     u_int))
9538 {
9539
9540         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9541                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9542         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9543                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9544         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9545                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9546         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9547                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9548 }
9549
9550 void
9551 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9552 {
9553         pmap_t oldpmap, pmap;
9554         u_int cpuid;
9555
9556         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9557         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9558         if (oldpmap == pmap) {
9559                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9560                         mfence();
9561                 return;
9562         }
9563         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9564 #ifdef SMP
9565         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9566 #else
9567         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9568 #endif
9569         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9570 #ifdef SMP
9571         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9572 #else
9573         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9574 #endif
9575 }
9576
9577 void
9578 pmap_activate(struct thread *td)
9579 {
9580         /*
9581          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9582          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9583          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9584          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9585          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9586          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9587          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9588          * stale TLB entries.
9589          *
9590          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9591          * a context switch, is immune to this race, because
9592          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9593          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9594          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9595          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9596          */
9597         spinlock_enter();
9598         pmap_activate_sw(td);
9599         spinlock_exit();
9600 }
9601
9602 void
9603 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9604 {
9605         uint64_t kcr3;
9606         u_int cpuid;
9607
9608         /*
9609          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9610          * by never activating it at all.
9611          */
9612         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9613
9614         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9615 #ifdef SMP
9616         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9617 #else
9618         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9619 #endif
9620         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9621         if (pti) {
9622                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9623                 if (pmap_pcid_enabled)
9624                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9625         } else {
9626                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9627         }
9628         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9629         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9630 }
9631
9632 void
9633 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9634 {
9635 }
9636
9637 /*
9638  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9639  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9640  */
9641 void
9642 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9643     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9644 {
9645         vm_offset_t superpage_offset;
9646
9647         if (size < NBPDR)
9648                 return;
9649         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9650                 offset += ptoa(object->pg_color);
9651         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9652         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9653             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9654                 return;
9655         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9656                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9657         else
9658                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9659 }
9660
9661 #ifdef INVARIANTS
9662 static unsigned long num_dirty_emulations;
9663 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9664              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9665
9666 static unsigned long num_accessed_emulations;
9667 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9668              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9669
9670 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9671 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9672              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9673
9674 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9675 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9676              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9677 #endif  /* INVARIANTS */
9678
9679 int
9680 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9681 {
9682         int rv;
9683         struct rwlock *lock;
9684 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9685         vm_page_t m, mpte;
9686 #endif
9687         pd_entry_t *pde;
9688         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9689
9690         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9691             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9692
9693         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9694                 return (-1);
9695
9696         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9697         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9698         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9699         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9700
9701         rv = -1;
9702         lock = NULL;
9703         PMAP_LOCK(pmap);
9704
9705         pde = pmap_pde(pmap, va);
9706         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9707                 goto done;
9708
9709         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9710                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9711 #ifdef INVARIANTS
9712                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9713 #endif
9714                         *pde |= PG_A;
9715                         rv = 0;
9716                 }
9717                 goto done;
9718         }
9719
9720         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9721         if ((*pte & PG_V) == 0)
9722                 goto done;
9723
9724         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9725                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9726                         goto done;
9727                 /*
9728                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9729                  *
9730                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9731                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9732                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9733                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9734                  * and PG_M simultaneously.
9735                  */
9736                 *pte |= PG_M | PG_A;
9737         } else {
9738                 *pte |= PG_A;
9739         }
9740
9741 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9742         /* try to promote the mapping */
9743         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9744                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9745         else
9746                 mpte = NULL;
9747
9748         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9749
9750         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9751             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9752             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9753             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9754                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9755 #ifdef INVARIANTS
9756                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9757 #endif
9758         }
9759 #endif
9760
9761 #ifdef INVARIANTS
9762         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9763                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9764         else
9765                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9766 #endif
9767         rv = 0;         /* success */
9768 done:
9769         if (lock != NULL)
9770                 rw_wunlock(lock);
9771         PMAP_UNLOCK(pmap);
9772         return (rv);
9773 }
9774
9775 void
9776 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9777 {
9778         pml4_entry_t *pml4;
9779         pdp_entry_t *pdp;
9780         pd_entry_t *pde;
9781         pt_entry_t *pte, PG_V;
9782         int idx;
9783
9784         idx = 0;
9785         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9786         PMAP_LOCK(pmap);
9787
9788         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9789         if (pml4 == NULL)
9790                 goto done;
9791         ptr[idx++] = *pml4;
9792         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9793                 goto done;
9794
9795         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9796         ptr[idx++] = *pdp;
9797         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9798                 goto done;
9799
9800         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9801         ptr[idx++] = *pde;
9802         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9803                 goto done;
9804
9805         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9806         ptr[idx++] = *pte;
9807
9808 done:
9809         PMAP_UNLOCK(pmap);
9810         *num = idx;
9811 }
9812
9813 /**
9814  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9815  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9816  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9817  *
9818  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9819  *                    address on the kernel memory map.
9820  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9821  *                    of the pages passed in the page parameter.
9822  * \param count       Number of pages passed in.
9823  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9824  *                    page faults, FALSE otherwise.
9825  *
9826  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9827  *          finished or FALSE otherwise.
9828  *
9829  */
9830 boolean_t
9831 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9832     boolean_t can_fault)
9833 {
9834         vm_paddr_t paddr;
9835         boolean_t needs_mapping;
9836         pt_entry_t *pte;
9837         int cache_bits, error __unused, i;
9838
9839         /*
9840          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9841          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9842          */
9843         needs_mapping = FALSE;
9844         for (i = 0; i < count; i++) {
9845                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9846                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9847                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9848                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9849                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9850                         needs_mapping = TRUE;
9851                 } else {
9852                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9853                 }
9854         }
9855
9856         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9857         if (!needs_mapping)
9858                 return (FALSE);
9859
9860         /*
9861          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9862          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9863          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9864          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9865          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9866          * after modifying the PTE bits is crucial.
9867          */
9868         if (!can_fault)
9869                 sched_pin();
9870         for (i = 0; i < count; i++) {
9871                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9872                 if (paddr >= dmaplimit) {
9873                         if (can_fault) {
9874                                 /*
9875                                  * Slow path, since we can get page faults
9876                                  * while mappings are active don't pin the
9877                                  * thread to the CPU and instead add a global
9878                                  * mapping visible to all CPUs.
9879                                  */
9880                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9881                         } else {
9882                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9883                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9884                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9885                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9886                                     cache_bits);
9887                                 invlpg(vaddr[i]);
9888                         }
9889                 }
9890         }
9891
9892         return (needs_mapping);
9893 }
9894
9895 void
9896 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9897     boolean_t can_fault)
9898 {
9899         vm_paddr_t paddr;
9900         int i;
9901
9902         if (!can_fault)
9903                 sched_unpin();
9904         for (i = 0; i < count; i++) {
9905                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9906                 if (paddr >= dmaplimit) {
9907                         if (can_fault)
9908                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9909                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9910                 }
9911         }
9912 }
9913
9914 vm_offset_t
9915 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9916 {
9917         vm_paddr_t paddr;
9918
9919         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9920         if (paddr < dmaplimit)
9921                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9922         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9923         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9924         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9925             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9926         return (qframe);
9927 }
9928
9929 void
9930 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9931 {
9932
9933         if (addr != qframe)
9934                 return;
9935         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9936         invlpg(qframe);
9937         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9938 }
9939
9940 /*
9941  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9942  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9943  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9944  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9945  * each allocated pmap.
9946  *
9947  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9948  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9949  * represents the number of valid entries within the page.
9950  */
9951 static vm_page_t
9952 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9953 {
9954         vm_page_t m;
9955
9956         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9957             VM_ALLOC_ZERO);
9958         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9959                 pmap_zero_page(m);
9960         return (m);
9961 }
9962
9963 static vm_page_t
9964 pmap_large_map_getptp(void)
9965 {
9966         vm_page_t m;
9967
9968         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9969         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9970         if (m == NULL) {
9971                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9972                 vm_wait(NULL);
9973                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9974                 /* Callers retry. */
9975         }
9976         return (m);
9977 }
9978
9979 static pdp_entry_t *
9980 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9981 {
9982         vm_pindex_t pml4_idx;
9983         vm_paddr_t mphys;
9984
9985         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9986         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9987             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9988             "%#jx lm_ents %d",
9989             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9990         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9991             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9992             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9993             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9994         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9995         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9996 }
9997
9998 static pd_entry_t *
9999 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10000 {
10001         pdp_entry_t *pdpe;
10002         vm_page_t m;
10003         vm_paddr_t mphys;
10004
10005 retry:
10006         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10007         if (*pdpe == 0) {
10008                 m = pmap_large_map_getptp();
10009                 if (m == NULL)
10010                         goto retry;
10011                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10012                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10013         } else {
10014                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10015                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10016         }
10017         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10018 }
10019
10020 static pt_entry_t *
10021 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10022 {
10023         pd_entry_t *pde;
10024         vm_page_t m;
10025         vm_paddr_t mphys;
10026
10027 retry:
10028         pde = pmap_large_map_pde(va);
10029         if (*pde == 0) {
10030                 m = pmap_large_map_getptp();
10031                 if (m == NULL)
10032                         goto retry;
10033                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10034                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10035                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10036         } else {
10037                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10038                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10039         }
10040         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10041 }
10042
10043 static vm_paddr_t
10044 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10045 {
10046         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10047         pd_entry_t *pde, pd;
10048         pt_entry_t *pte, pt;
10049
10050         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10051             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10052         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10053         pdp = *pdpe;
10054         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10055             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10056             (u_long)pdpe, pdp));
10057         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10058                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10059                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10060                     (u_long)pdpe, pdp));
10061                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10062         }
10063         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10064         pd = *pde;
10065         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10066             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10067         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10068                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10069         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10070         pt = *pte;
10071         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10072             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10073         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10074 }
10075
10076 static int
10077 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10078     vmem_addr_t *vmem_res)
10079 {
10080
10081         /*
10082          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10083          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10084          * freed.
10085          */
10086         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10087             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10088 }
10089
10090 int
10091 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10092     vm_memattr_t mattr)
10093 {
10094         pdp_entry_t *pdpe;
10095         pd_entry_t *pde;
10096         pt_entry_t *pte;
10097         vm_offset_t va, inc;
10098         vmem_addr_t vmem_res;
10099         vm_paddr_t pa;
10100         int error;
10101
10102         if (len == 0 || spa + len < spa)
10103                 return (EINVAL);
10104
10105         /* See if DMAP can serve. */
10106         if (spa + len <= dmaplimit) {
10107                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10108                 *addr = (void *)va;
10109                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10110         }
10111
10112         /*
10113          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10114          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10115          * failed.
10116          */
10117         error = ENOMEM;
10118         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10119             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10120                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10121                     &vmem_res);
10122         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10123             NBPDR) + NBPDR)
10124                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10125                     &vmem_res);
10126         if (error != 0)
10127                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10128         if (error != 0)
10129                 return (error);
10130
10131         /*
10132          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10133          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10134          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10135          */
10136         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10137         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10138             len -= inc) {
10139                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10140                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10141                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10142                         MPASS(*pdpe == 0);
10143                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10144                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10145                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10146                         inc = NBPDP;
10147                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10148                     (va & PDRMASK) == 0) {
10149                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10150                         MPASS(*pde == 0);
10151                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10152                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10153                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10154                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10155                             ref_count++;
10156                         inc = NBPDR;
10157                 } else {
10158                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10159                         MPASS(*pte == 0);
10160                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10161                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10162                             mattr, FALSE);
10163                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10164                             ref_count++;
10165                         inc = PAGE_SIZE;
10166                 }
10167         }
10168         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10169         MPASS(len == 0);
10170
10171         *addr = (void *)vmem_res;
10172         return (0);
10173 }
10174
10175 void
10176 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10177 {
10178         vm_offset_t sva, va;
10179         vm_size_t inc;
10180         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10181         pd_entry_t *pde, pd;
10182         pt_entry_t *pte;
10183         vm_page_t m;
10184         struct spglist spgf;
10185
10186         sva = (vm_offset_t)svaa;
10187         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10188             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10189                 return;
10190
10191         SLIST_INIT(&spgf);
10192         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10193             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10194             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10195         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10196         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10197                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10198                 pdp = *pdpe;
10199                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10200                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10201                     (u_long)pdpe, pdp));
10202                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10203                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10204                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10205                             (u_long)pdpe, pdp));
10206                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10207                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10208                             (u_long)pdpe, pdp));
10209                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10210                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10211                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10212                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10213                         *pdpe = 0;
10214                         inc = NBPDP;
10215                         continue;
10216                 }
10217                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10218                 pd = *pde;
10219                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10220                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10221                     (u_long)pde, pd));
10222                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10223                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10224                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10225                             (u_long)pde, pd));
10226                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10227                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10228                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10229                             pd, len));
10230                         pde_store(pde, 0);
10231                         inc = NBPDR;
10232                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10233                         m->ref_count--;
10234                         if (m->ref_count == 0) {
10235                                 *pdpe = 0;
10236                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10237                         }
10238                         continue;
10239                 }
10240                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10241                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10242                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10243                     (u_long)pte, *pte));
10244                 pte_clear(pte);
10245                 inc = PAGE_SIZE;
10246                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10247                 m->ref_count--;
10248                 if (m->ref_count == 0) {
10249                         *pde = 0;
10250                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10251                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10252                         m->ref_count--;
10253                         if (m->ref_count == 0) {
10254                                 *pdpe = 0;
10255                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10256                         }
10257                 }
10258         }
10259         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10260         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10261         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10262         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10263 }
10264
10265 static void
10266 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10267 {
10268
10269         mfence();
10270 }
10271
10272 static void
10273 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10274 {
10275
10276         atomic_thread_fence_seq_cst();
10277 }
10278
10279 static void
10280 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10281 {
10282 }
10283
10284 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10285 {
10286
10287         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10288                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10289         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10290             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10291                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10292         else
10293                 /* clflush is strongly enough ordered */
10294                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10295 }
10296
10297 static void
10298 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10299 {
10300
10301         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10302             va += cpu_clflush_line_size)
10303                 clwb(va);
10304 }
10305
10306 static void
10307 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10308 {
10309
10310         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10311             va += cpu_clflush_line_size)
10312                 clflushopt(va);
10313 }
10314
10315 static void
10316 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10317 {
10318
10319         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10320             va += cpu_clflush_line_size)
10321                 clflush(va);
10322 }
10323
10324 static void
10325 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10326 {
10327 }
10328
10329 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10330 {
10331
10332         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10333                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10334         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10335                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10336         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10337                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10338         else
10339                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10340 }
10341
10342 static void
10343 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10344 {
10345         volatile u_long *pe;
10346         u_long p;
10347         vm_offset_t va;
10348         vm_size_t inc;
10349         bool seen_other;
10350
10351         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10352                 inc = 0;
10353                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10354                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10355                         p = *pe;
10356                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10357                                 inc = NBPDP;
10358                 }
10359                 if (inc == 0) {
10360                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10361                         p = *pe;
10362                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10363                                 inc = NBPDR;
10364                 }
10365                 if (inc == 0) {
10366                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10367                         p = *pe;
10368                         inc = PAGE_SIZE;
10369                 }
10370                 seen_other = false;
10371                 for (;;) {
10372                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10373                                 /*
10374                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10375                                  * write-back.
10376                                  */
10377                                 cpu_spinwait();
10378                                 p = *pe;
10379
10380                                 /*
10381                                  * If we saw other write-back
10382                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10383                                  * indicate state of the cache.  The
10384                                  * PG_M bit is cleared before the
10385                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10386                                  * and writes which are relevant for
10387                                  * us might happen after.
10388                                  */
10389                                 seen_other = true;
10390                                 continue;
10391                         }
10392
10393                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10394                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10395                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10396                                         /*
10397                                          * If we saw PG_M without
10398                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10399                                          * next attempt we do not
10400                                          * observe either PG_M or
10401                                          * PG_AVAIL1, the other
10402                                          * write-back started after us
10403                                          * and finished before us.  We
10404                                          * can rely on it doing our
10405                                          * work.
10406                                          */
10407                                         continue;
10408                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10409                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10410                         }
10411                         break;
10412                 }
10413                 maybe_yield();
10414         }
10415 }
10416
10417 /*
10418  * Write-back cache lines for the given address range.
10419  *
10420  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10421  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10422  *
10423  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10424  * instructions support.
10425  */
10426 void
10427 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10428 {
10429         vm_offset_t eva, sva;
10430
10431         sva = (vm_offset_t)svap;
10432         eva = sva + len;
10433         pmap_large_map_wb_fence();
10434         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10435                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10436         } else {
10437                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10438                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10439                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10440                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10441         }
10442         pmap_large_map_wb_fence();
10443 }
10444
10445 static vm_page_t
10446 pmap_pti_alloc_page(void)
10447 {
10448         vm_page_t m;
10449
10450         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10451         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10452             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10453         return (m);
10454 }
10455
10456 static bool
10457 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10458 {
10459
10460         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10461         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10462                 return (false);
10463         vm_page_free_zero(m);
10464         return (true);
10465 }
10466
10467 static void
10468 pmap_pti_init(void)
10469 {
10470         vm_page_t pml4_pg;
10471         pdp_entry_t *pdpe;
10472         vm_offset_t va;
10473         int i;
10474
10475         if (!pti)
10476                 return;
10477         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10478         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10479         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10480         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10481         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10482             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10483                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10484                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10485         }
10486         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10487             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10488         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10489             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10490         CPU_FOREACH(i) {
10491                 /* Doublefault stack IST 1 */
10492                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10493                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
10494                 /* NMI stack IST 2 */
10495                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10496                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
10497                 /* MC# stack IST 3 */
10498                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10499                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10500                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
10501                 /* DB# stack IST 4 */
10502                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10503                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
10504         }
10505         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
10506             (vm_offset_t)etext, true);
10507         pti_finalized = true;
10508         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10509 }
10510 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10511
10512 static pdp_entry_t *
10513 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10514 {
10515         pml4_entry_t *pml4e;
10516         pdp_entry_t *pdpe;
10517         vm_page_t m;
10518         vm_pindex_t pml4_idx;
10519         vm_paddr_t mphys;
10520
10521         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10522
10523         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10524         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10525         m = NULL;
10526         if (*pml4e == 0) {
10527                 if (pti_finalized)
10528                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10529                 m = pmap_pti_alloc_page();
10530                 if (*pml4e != 0) {
10531                         pmap_pti_free_page(m);
10532                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10533                 } else {
10534                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10535                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10536                 }
10537         } else {
10538                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10539         }
10540         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10541         return (pdpe);
10542 }
10543
10544 static void
10545 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10546 {
10547         vm_page_t m;
10548
10549         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10550         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10551         m->ref_count++;
10552 }
10553
10554 static void
10555 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10556 {
10557         vm_page_t m;
10558
10559         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10560         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10561         MPASS(m->ref_count > 0);
10562         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10563         pmap_pti_free_page(m);
10564 }
10565
10566 static void
10567 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10568 {
10569         vm_page_t m;
10570         pd_entry_t *pde;
10571
10572         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10573         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10574         MPASS(m->ref_count > 0);
10575         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10576                 pde = pmap_pti_pde(va);
10577                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10578                 *pde = 0;
10579                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10580         }
10581 }
10582
10583 static pd_entry_t *
10584 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10585 {
10586         pdp_entry_t *pdpe;
10587         pd_entry_t *pde;
10588         vm_page_t m;
10589         vm_pindex_t pd_idx;
10590         vm_paddr_t mphys;
10591
10592         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10593
10594         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10595         if (*pdpe == 0) {
10596                 m = pmap_pti_alloc_page();
10597                 if (*pdpe != 0) {
10598                         pmap_pti_free_page(m);
10599                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10600                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10601                 } else {
10602                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10603                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10604                 }
10605         } else {
10606                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10607                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10608         }
10609
10610         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10611         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10612         pde += pd_idx;
10613         return (pde);
10614 }
10615
10616 static pt_entry_t *
10617 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10618 {
10619         pd_entry_t *pde;
10620         pt_entry_t *pte;
10621         vm_page_t m;
10622         vm_paddr_t mphys;
10623
10624         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10625
10626         pde = pmap_pti_pde(va);
10627         if (unwire_pde != NULL) {
10628                 *unwire_pde = true;
10629                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10630         }
10631         if (*pde == 0) {
10632                 m = pmap_pti_alloc_page();
10633                 if (*pde != 0) {
10634                         pmap_pti_free_page(m);
10635                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10636                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10637                 } else {
10638                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10639                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10640                         if (unwire_pde != NULL)
10641                                 *unwire_pde = false;
10642                 }
10643         } else {
10644                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10645                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10646         }
10647
10648         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10649         pte += pmap_pte_index(va);
10650
10651         return (pte);
10652 }
10653
10654 static void
10655 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10656 {
10657         vm_paddr_t pa;
10658         pd_entry_t *pde;
10659         pt_entry_t *pte, ptev;
10660         bool unwire_pde;
10661
10662         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10663
10664         sva = trunc_page(sva);
10665         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10666         eva = round_page(eva);
10667         MPASS(sva < eva);
10668         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10669                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10670                 pa = pmap_kextract(sva);
10671                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10672                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10673                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10674                 if (*pte == 0) {
10675                         pte_store(pte, ptev);
10676                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10677                 } else {
10678                         KASSERT(!pti_finalized,
10679                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10680                             sva, *pte, ptev));
10681                         KASSERT(*pte == ptev,
10682                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10683                             sva, *pte, ptev));
10684                 }
10685                 if (unwire_pde) {
10686                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10687                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10688                 }
10689         }
10690 }
10691
10692 void
10693 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10694 {
10695
10696         if (!pti)
10697                 return;
10698         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10699         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10700         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10701 }
10702
10703 void
10704 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10705 {
10706         pt_entry_t *pte;
10707         vm_offset_t va;
10708
10709         if (!pti)
10710                 return;
10711         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10712         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10713         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10714         MPASS(sva < eva);
10715         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10716         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10717                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10718                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10719                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10720                     (u_long)pte, *pte));
10721                 pte_clear(pte);
10722                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10723         }
10724         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10725         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10726 }
10727
10728 static void *
10729 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10730 {
10731         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10732
10733         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10734         if (new_node == NULL)
10735                 return (NULL);
10736         node = data;
10737         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10738         return (new_node);
10739 }
10740
10741 static void
10742 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10743 {
10744
10745         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10746 }
10747
10748 static int
10749 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10750     int flags)
10751 {
10752         struct pmap_pkru_range *ppr;
10753         int error;
10754
10755         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10756         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10757         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10758         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10759             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10760                 return (EBUSY);
10761         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10762         if (ppr == NULL)
10763                 return (ENOMEM);
10764         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10765         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10766         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10767         if (error != 0)
10768                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10769         return (error);
10770 }
10771
10772 static int
10773 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10774 {
10775
10776         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10777         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10778         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10779         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10780 }
10781
10782 static void
10783 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10784 {
10785
10786         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10787         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10788             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10789                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10790 }
10791
10792 static bool
10793 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10794 {
10795         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10796         vm_offset_t va;
10797
10798         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10799         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10800             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10801             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10802                 return (true);
10803         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10804         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
10805                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10806                 if (va == sva)
10807                         prev_ppr = ppr;
10808                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10809                         return (false);
10810                 if (ppr == NULL) {
10811                         va += PAGE_SIZE;
10812                         continue;
10813                 }
10814                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10815                         return (false);
10816                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10817         }
10818         return (true);
10819 }
10820
10821 static pt_entry_t
10822 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10823 {
10824         struct pmap_pkru_range *ppr;
10825
10826         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10827         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10828             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10829             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10830                 return (0);
10831         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10832         if (ppr != NULL)
10833                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10834         return (0);
10835 }
10836
10837 static bool
10838 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10839 {
10840         struct pmap_pkru_range *ppr;
10841
10842         ppr = r;
10843         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10844 }
10845
10846 static void
10847 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10848 {
10849
10850         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10851         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10852             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10853                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10854                     pred_pkru_on_remove);
10855         }
10856 }
10857
10858 static int
10859 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10860 {
10861
10862         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10863         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10864         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10865         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10866         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10867         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10868                 return (0);
10869         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10870 }
10871
10872 static void
10873 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10874     u_int keyidx)
10875 {
10876         pml4_entry_t *pml4e;
10877         pdp_entry_t *pdpe;
10878         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10879         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10880         vm_offset_t va, va_next;
10881         bool changed;
10882
10883         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10884         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10885         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10886
10887         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10888                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10889                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10890                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10891                         if (va_next < va)
10892                                 va_next = eva;
10893                         continue;
10894                 }
10895
10896                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10897                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10898                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10899                         if (va_next < va)
10900                                 va_next = eva;
10901                         continue;
10902                 }
10903
10904                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10905                 if (va_next < va)
10906                         va_next = eva;
10907
10908                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10909                 ptpaddr = *pde;
10910                 if (ptpaddr == 0)
10911                         continue;
10912
10913                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10914                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10915                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10916                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10917                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10918                                 if (newpde != ptpaddr) {
10919                                         *pde = newpde;
10920                                         changed = true;
10921                                 }
10922                                 continue;
10923                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10924                                 continue;
10925                         }
10926                 }
10927
10928                 if (va_next > eva)
10929                         va_next = eva;
10930
10931                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10932                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10933                         pte = *ptep;
10934                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10935                                 continue;
10936                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10937                         if (newpte != pte) {
10938                                 *ptep = newpte;
10939                                 changed = true;
10940                         }
10941                 }
10942         }
10943         if (changed)
10944                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10945 }
10946
10947 static int
10948 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10949     u_int keyidx, int flags)
10950 {
10951
10952         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10953             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10954                 return (EINVAL);
10955         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10956                 return (EFAULT);
10957         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10958                 return (ENOTSUP);
10959         return (0);
10960 }
10961
10962 int
10963 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10964     int flags)
10965 {
10966         int error;
10967
10968         sva = trunc_page(sva);
10969         eva = round_page(eva);
10970         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10971         if (error != 0)
10972                 return (error);
10973         for (;;) {
10974                 PMAP_LOCK(pmap);
10975                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10976                 if (error == 0)
10977                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10978                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10979                 if (error != ENOMEM)
10980                         break;
10981                 vm_wait(NULL);
10982         }
10983         return (error);
10984 }
10985
10986 int
10987 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10988 {
10989         int error;
10990
10991         sva = trunc_page(sva);
10992         eva = round_page(eva);
10993         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10994         if (error != 0)
10995                 return (error);
10996         for (;;) {
10997                 PMAP_LOCK(pmap);
10998                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10999                 if (error == 0)
11000                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11001                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11002                 if (error != ENOMEM)
11003                         break;
11004                 vm_wait(NULL);
11005         }
11006         return (error);
11007 }
11008
11009 /*
11010  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11011  * in various mapping attributes.
11012  */
11013 struct pmap_kernel_map_range {
11014         vm_offset_t sva;
11015         pt_entry_t attrs;
11016         int ptes;
11017         int pdes;
11018         int pdpes;
11019 };
11020
11021 static void
11022 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11023     vm_offset_t eva)
11024 {
11025         const char *mode;
11026         int i, pat_idx;
11027
11028         if (eva <= range->sva)
11029                 return;
11030
11031         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11032         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11033                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11034                         break;
11035
11036         switch (i) {
11037         case PAT_WRITE_BACK:
11038                 mode = "WB";
11039                 break;
11040         case PAT_WRITE_THROUGH:
11041                 mode = "WT";
11042                 break;
11043         case PAT_UNCACHEABLE:
11044                 mode = "UC";
11045                 break;
11046         case PAT_UNCACHED:
11047                 mode = "U-";
11048                 break;
11049         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11050                 mode = "WP";
11051                 break;
11052         case PAT_WRITE_COMBINING:
11053                 mode = "WC";
11054                 break;
11055         default:
11056                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11057                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11058                 mode = "??";
11059                 break;
11060         }
11061
11062         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11063             range->sva, eva,
11064             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11065             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11066             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11067             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11068             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11069
11070         /* Reset to sentinel value. */
11071         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11072             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11073             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11074 }
11075
11076 /*
11077  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11078  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11079  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11080  */
11081 static bool
11082 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11083 {
11084         pt_entry_t diff, mask;
11085
11086         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11087         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11088         if (diff == 0)
11089                 return (true);
11090         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11091             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11092             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11093                 return (true);
11094         return (false);
11095 }
11096
11097 static void
11098 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11099     pt_entry_t attrs)
11100 {
11101
11102         memset(range, 0, sizeof(*range));
11103         range->sva = va;
11104         range->attrs = attrs;
11105 }
11106
11107 /*
11108  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11109  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11110  * begin a new run.
11111  */
11112 static void
11113 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11114     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11115     pt_entry_t pte)
11116 {
11117         pt_entry_t attrs;
11118
11119         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11120
11121         attrs |= pdpe & pg_nx;
11122         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11123         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11124                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11125         } else if (pde != 0) {
11126                 attrs |= pde & pg_nx;
11127                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11128         }
11129         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11130                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11131         } else if (pte != 0) {
11132                 attrs |= pte & pg_nx;
11133                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11134                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11135
11136                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11137                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11138                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11139         }
11140
11141         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11142                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11143                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11144         }
11145 }
11146
11147 static int
11148 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11149 {
11150         struct pmap_kernel_map_range range;
11151         struct sbuf sbuf, *sb;
11152         pml4_entry_t pml4e;
11153         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11154         pd_entry_t *pd, pde;
11155         pt_entry_t *pt, pte;
11156         vm_offset_t sva;
11157         vm_paddr_t pa;
11158         int error, i, j, k, l;
11159
11160         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11161         if (error != 0)
11162                 return (error);
11163         sb = &sbuf;
11164         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11165
11166         /* Sentinel value. */
11167         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11168             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11169             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11170
11171         /*
11172          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11173          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11174          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11175          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11176          * valid before descending.
11177          */
11178         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11179                 switch (i) {
11180                 case PML4PML4I:
11181                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11182                         break;
11183                 case DMPML4I:
11184                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11185                         break;
11186                 case KPML4BASE:
11187                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11188                         break;
11189                 case LMSPML4I:
11190                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11191                         break;
11192                 }
11193
11194                 /* Convert to canonical form. */
11195                 if (sva == 1ul << 47)
11196                         sva |= -1ul << 48;
11197
11198 restart:
11199                 pml4e = kernel_pml4[i];
11200                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11201                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11202                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11203                         sva += NBPML4;
11204                         continue;
11205                 }
11206                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11207                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11208
11209                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11210                         pdpe = pdp[j];
11211                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11212                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11213                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11214                                 sva += NBPDP;
11215                                 continue;
11216                         }
11217                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11218                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11219                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
11220                                 goto restart;
11221                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11222                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11223                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11224                                     0, 0);
11225                                 range.pdpes++;
11226                                 sva += NBPDP;
11227                                 continue;
11228                         }
11229                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11230
11231                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11232                                 pde = pd[k];
11233                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11234                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11235                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11236                                         sva += NBPDR;
11237                                         continue;
11238                                 }
11239                                 pa = pde & PG_FRAME;
11240                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11241                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
11242                                         goto restart;
11243                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11244                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11245                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11246                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11247                                         range.pdes++;
11248                                         sva += NBPDR;
11249                                         continue;
11250                                 }
11251                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11252
11253                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11254                                     sva += PAGE_SIZE) {
11255                                         pte = pt[l];
11256                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11257                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11258                                                     sva);
11259                                                 continue;
11260                                         }
11261                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11262                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11263                                         range.ptes++;
11264                                 }
11265                         }
11266                 }
11267         }
11268
11269         error = sbuf_finish(sb);
11270         sbuf_delete(sb);
11271         return (error);
11272 }
11273 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11274     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE | CTLFLAG_SKIP,
11275     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11276     "Dump kernel address layout");
11277
11278 #ifdef DDB
11279 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11280 {
11281         pmap_t pmap;
11282         pml5_entry_t *pml5;
11283         pml4_entry_t *pml4;
11284         pdp_entry_t *pdp;
11285         pd_entry_t *pde;
11286         pt_entry_t *pte, PG_V;
11287         vm_offset_t va;
11288
11289         if (!have_addr) {
11290                 db_printf("show pte addr\n");
11291                 return;
11292         }
11293         va = (vm_offset_t)addr;
11294
11295         if (kdb_thread != NULL)
11296                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11297         else
11298                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11299
11300         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11301         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11302
11303         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11304                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11305                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11306                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11307                         db_printf("\n");
11308                         return;
11309                 }
11310                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11311         } else {
11312                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11313         }
11314         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11315         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11316                 db_printf("\n");
11317                 return;
11318         }
11319         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11320         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11321         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11322                 db_printf("\n");
11323                 return;
11324         }
11325         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11326         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11327         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11328                 db_printf("\n");
11329                 return;
11330         }
11331         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11332         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11333 }
11334
11335 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11336 {
11337         vm_paddr_t a;
11338
11339         if (have_addr) {
11340                 a = (vm_paddr_t)addr;
11341                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11342         } else {
11343                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11344         }
11345 }
11346
11347 static void
11348 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11349 {
11350         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11351             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11352 }
11353
11354 static void
11355 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11356 {
11357         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11358 }
11359
11360 static void
11361 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11362 {
11363         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11364         pml4_entry_t *pml4;
11365         pdp_entry_t *pdp;
11366         pd_entry_t *pd;
11367         int i4, i3, i2;
11368
11369         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11370         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11371                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11372                         continue;
11373                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11374                 if (pg3 == NULL) {
11375                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11376                         continue;
11377                 }
11378                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11379                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11380                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11381                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11382                                 continue;
11383                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11384                         if (pg3 == NULL) {
11385                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11386                                 continue;
11387                         }
11388                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11389                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11390                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11391                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11392                                         continue;
11393                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11394                                 if (pg1 == NULL) {
11395                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11396                                         continue;
11397                                 }
11398                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11399                         }
11400                 }
11401         }
11402 }
11403
11404 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11405 {
11406         pmap_t pmap;
11407         vm_page_t pg;
11408         pml5_entry_t *pml5;
11409         uint64_t PG_V;
11410         int i5;
11411
11412         if (have_addr)
11413                 pmap = (pmap_t)addr;
11414         else
11415                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11416
11417         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11418
11419         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11420                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11421                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11422                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11423                                 continue;
11424                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11425                         if (pg == NULL) {
11426                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11427                                 continue;
11428                         }
11429                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11430                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11431                 }
11432         } else {
11433                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11434                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11435         }
11436 }
11437 #endif