]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Fix Machine Check Exception on Page Size Change.
[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) 2014-2019 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/sx.h>
128 #include <sys/turnstile.h>
129 #include <sys/vmem.h>
130 #include <sys/vmmeter.h>
131 #include <sys/sched.h>
132 #include <sys/sysctl.h>
133 #include <sys/smp.h>
134 #ifdef DDB
135 #include <sys/kdb.h>
136 #include <ddb/ddb.h>
137 #endif
138
139 #include <vm/vm.h>
140 #include <vm/vm_param.h>
141 #include <vm/vm_kern.h>
142 #include <vm/vm_page.h>
143 #include <vm/vm_map.h>
144 #include <vm/vm_object.h>
145 #include <vm/vm_extern.h>
146 #include <vm/vm_pageout.h>
147 #include <vm/vm_pager.h>
148 #include <vm/vm_phys.h>
149 #include <vm/vm_radix.h>
150 #include <vm/vm_reserv.h>
151 #include <vm/uma.h>
152
153 #include <machine/intr_machdep.h>
154 #include <x86/apicvar.h>
155 #include <x86/ifunc.h>
156 #include <machine/cpu.h>
157 #include <machine/cputypes.h>
158 #include <machine/md_var.h>
159 #include <machine/pcb.h>
160 #include <machine/specialreg.h>
161 #ifdef SMP
162 #include <machine/smp.h>
163 #endif
164 #include <machine/sysarch.h>
165 #include <machine/tss.h>
166
167 static __inline boolean_t
168 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
169 {
170
171         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
172 }
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
179 }
180
181 static __inline pt_entry_t
182 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
183 {
184         pt_entry_t mask;
185
186         switch (pmap->pm_type) {
187         case PT_X86:
188         case PT_RVI:
189                 mask = X86_PG_V;
190                 break;
191         case PT_EPT:
192                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
193                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
194                 else
195                         mask = EPT_PG_READ;
196                 break;
197         default:
198                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
199         }
200
201         return (mask);
202 }
203
204 static __inline pt_entry_t
205 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
206 {
207         pt_entry_t mask;
208
209         switch (pmap->pm_type) {
210         case PT_X86:
211         case PT_RVI:
212                 mask = X86_PG_RW;
213                 break;
214         case PT_EPT:
215                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
216                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
217                 else
218                         mask = EPT_PG_WRITE;
219                 break;
220         default:
221                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
222         }
223
224         return (mask);
225 }
226
227 static pt_entry_t pg_g;
228
229 static __inline pt_entry_t
230 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
231 {
232         pt_entry_t mask;
233
234         switch (pmap->pm_type) {
235         case PT_X86:
236                 mask = pg_g;
237                 break;
238         case PT_RVI:
239         case PT_EPT:
240                 mask = 0;
241                 break;
242         default:
243                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
244         }
245
246         return (mask);
247 }
248
249 static __inline pt_entry_t
250 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
251 {
252         pt_entry_t mask;
253
254         switch (pmap->pm_type) {
255         case PT_X86:
256         case PT_RVI:
257                 mask = X86_PG_A;
258                 break;
259         case PT_EPT:
260                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
261                         mask = EPT_PG_READ;
262                 else
263                         mask = EPT_PG_A;
264                 break;
265         default:
266                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
267         }
268
269         return (mask);
270 }
271
272 static __inline pt_entry_t
273 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
274 {
275         pt_entry_t mask;
276
277         switch (pmap->pm_type) {
278         case PT_X86:
279         case PT_RVI:
280                 mask = X86_PG_M;
281                 break;
282         case PT_EPT:
283                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
284                         mask = EPT_PG_WRITE;
285                 else
286                         mask = EPT_PG_M;
287                 break;
288         default:
289                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
290         }
291
292         return (mask);
293 }
294
295 static __inline pt_entry_t
296 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
297 {
298
299         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
300 }
301
302 #if !defined(DIAGNOSTIC)
303 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
304 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
305 #else
306 #define PMAP_INLINE     extern inline
307 #endif
308 #else
309 #define PMAP_INLINE
310 #endif
311
312 #ifdef PV_STATS
313 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
314 #else
315 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
316 #endif
317
318 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
319 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
320
321 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
322
323 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
324                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
325
326 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
327         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
328         struct rwlock *_new_lock;                       \
329                                                         \
330         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
331         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
332                 if (*_lockp != NULL)                    \
333                         rw_wunlock(*_lockp);            \
334                 *_lockp = _new_lock;                    \
335                 rw_wlock(*_lockp);                      \
336         }                                               \
337 } while (0)
338
339 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
340                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
341
342 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
343         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
344                                                         \
345         if (*_lockp != NULL) {                          \
346                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
347                 *_lockp = NULL;                         \
348         }                                               \
349 } while (0)
350
351 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
352                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
353
354 struct pmap kernel_pmap_store;
355
356 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
357 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
358
359 int nkpt;
360 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
361     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
362
363 static int ndmpdp;
364 vm_paddr_t dmaplimit;
365 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
366 pt_entry_t pg_nx;
367
368 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
369
370 /* Unused, kept for ABI stability on the stable branch. */
371 static int pat_works = 1;
372 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
373     "Is page attribute table fully functional?");
374
375 static int pg_ps_enabled = 1;
376 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
377     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
378
379 #define PAT_INDEX_SIZE  8
380 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
381
382 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
383 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
384 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
385 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
386
387 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
388 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
389 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
390
391 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
392
393 /*
394  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
395  */
396 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
397 static struct pmap_preinit_mapping {
398         vm_paddr_t      pa;
399         vm_offset_t     va;
400         vm_size_t       sz;
401         int             mode;
402 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
403 static int pmap_initialized;
404
405 /*
406  * Data for the pv entry allocation mechanism.
407  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
408  * elements, but reads are not.
409  */
410 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
411 static struct mtx __exclusive_cache_line pv_chunks_mutex;
412 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
413 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
414 static struct md_page *pv_table;
415 static struct md_page pv_dummy;
416
417 /*
418  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
419  */
420 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
421 caddr_t CADDR1 = 0;
422 static vm_offset_t qframe = 0;
423 static struct mtx qframe_mtx;
424
425 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
426
427 static vmem_t *large_vmem;
428 static u_int lm_ents;
429 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
430         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
431
432 int pmap_pcid_enabled = 1;
433 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
434     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
435 int invpcid_works = 0;
436 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
437     "Is the invpcid instruction available ?");
438
439 int __read_frequently pti = 0;
440 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
441     &pti, 0,
442     "Page Table Isolation enabled");
443 static vm_object_t pti_obj;
444 static pml4_entry_t *pti_pml4;
445 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
446 static bool pti_finalized;
447
448 struct pmap_pkru_range {
449         struct rs_el    pkru_rs_el;
450         u_int           pkru_keyidx;
451         int             pkru_flags;
452 };
453
454 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
455 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
456 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
457 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
458 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
459 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
460 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
461 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
462 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
463
464 static int
465 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
466 {
467         int i;
468         uint64_t res;
469
470         res = 0;
471         CPU_FOREACH(i) {
472                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
473         }
474         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
475 }
476 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
477     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
478     "Count of saved TLB context on switch");
479
480 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
481     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
482 static struct mtx invl_gen_mtx;
483 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
484 static struct lock_object invl_gen_ts = {
485         .lo_name = "invlts",
486 };
487 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
488         .gen = 1,
489         .next = NULL,
490 };
491 static u_long pmap_invl_gen = 1;
492 static int pmap_invl_waiters;
493 static struct callout pmap_invl_callout;
494 static bool pmap_invl_callout_inited;
495
496 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
497     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
498
499 static bool
500 pmap_di_locked(void)
501 {
502         int tun;
503
504         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
505                 return (true);
506         tun = 0;
507         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
508         return (tun != 0);
509 }
510
511 static int
512 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
513 {
514         int locked;
515
516         locked = pmap_di_locked();
517         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
518 }
519 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
520     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
521     "Locked delayed invalidation");
522
523 static bool pmap_not_in_di_l(void);
524 static bool pmap_not_in_di_u(void);
525 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void), static)
526 {
527
528         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
529 }
530
531 static bool
532 pmap_not_in_di_l(void)
533 {
534         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
535
536         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
537         return (invl_gen->gen == 0);
538 }
539
540 static void
541 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
542 {
543         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
544
545         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
546         invl_gen->gen = 0;
547 }
548
549 static void
550 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
551 {
552         struct turnstile *ts;
553
554         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
555         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
556                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
557         else
558                 turnstile_cancel(ts);
559 }
560
561 static void
562 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
563 {
564         struct turnstile *ts;
565
566         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
567         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
568         if (new_gen != 0)
569                 pmap_invl_gen = new_gen;
570         if (ts != NULL) {
571                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
572                 turnstile_unpend(ts);
573         }
574         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
575 }
576
577 /*
578  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
579  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
580  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
581  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
582  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
583  * pmap active.
584  */
585 static void
586 pmap_delayed_invl_start_l(void)
587 {
588         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
589         u_long currgen;
590
591         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
592         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
593         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
594         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
595                 currgen = pmap_invl_gen;
596         else
597                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
598         invl_gen->gen = currgen + 1;
599         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
600         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
601 }
602
603 /*
604  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
605  * required TLB flushes for the pages marked by
606  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
607  * called.
608  *
609  * This function works by bumping the global DI generation number to
610  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
611  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
612  * global DI generation number would incorrectly signal that the
613  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
614  * DI's generation number to match the generation number of the
615  * current thread's DI.
616  */
617 static void
618 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
619 {
620         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
621
622         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
623         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
624         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
625         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
626         if (next == NULL)
627                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
628         else
629                 next->gen = invl_gen->gen;
630         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
631         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
632         invl_gen->gen = 0;
633 }
634
635 static bool
636 pmap_not_in_di_u(void)
637 {
638         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
639
640         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
641         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
642 }
643
644 static void
645 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
646 {
647         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
648
649         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
650         invl_gen->gen = 0;
651         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
652 }
653
654 static bool
655 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
656 {
657         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
658         char res;
659
660         old_low = new_low = 0;
661         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
662
663         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
664             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
665             : "b"(new_low), "c" (new_high)
666             : "memory", "cc");
667         if (res == 0) {
668                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
669                         return (false);
670                 out->gen = old_low;
671                 out->next = (void *)old_high;
672         } else {
673                 out->gen = new_low;
674                 out->next = (void *)new_high;
675         }
676         return (true);
677 }
678
679 static bool
680 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
681     struct pmap_invl_gen *new_val)
682 {
683         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
684         char res;
685
686         new_low = new_val->gen;
687         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
688         old_low = old_val->gen;
689         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
690
691         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
692             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
693             : "b"(new_low), "c" (new_high)
694             : "memory", "cc");
695         return (res);
696 }
697
698 #ifdef PV_STATS
699 static long invl_start_restart;
700 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
701     &invl_start_restart, 0,
702     "");
703 static long invl_finish_restart;
704 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
705     &invl_finish_restart, 0,
706     "");
707 static int invl_max_qlen;
708 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
709     &invl_max_qlen, 0,
710     "");
711 #endif
712
713 static struct lock_delay_config __read_frequently di_delay;
714 LOCK_DELAY_SYSINIT_DEFAULT(di_delay);
715
716 static void
717 pmap_delayed_invl_start_u(void)
718 {
719         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
720         struct thread *td;
721         struct lock_delay_arg lda;
722         uintptr_t prevl;
723         u_char pri;
724 #ifdef PV_STATS
725         int i, ii;
726 #endif
727
728         td = curthread;
729         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
730         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
731         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
732         invl_gen->saved_pri = 0;
733         pri = td->td_base_pri;
734         if (pri > PVM) {
735                 thread_lock(td);
736                 pri = td->td_base_pri;
737                 if (pri > PVM) {
738                         invl_gen->saved_pri = pri;
739                         sched_prio(td, PVM);
740                 }
741                 thread_unlock(td);
742         }
743 again:
744         PV_STAT(i = 0);
745         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
746                 PV_STAT(i++);
747                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
748                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
749                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
750                         lock_delay(&lda);
751                         goto again;
752                 }
753                 if (prevl == 0)
754                         break;
755                 prev.next = (void *)prevl;
756         }
757 #ifdef PV_STATS
758         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
759                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
760 #endif
761
762         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
763                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
764                 lock_delay(&lda);
765                 goto again;
766         }
767
768         new_prev.gen = prev.gen;
769         new_prev.next = invl_gen;
770         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
771
772         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
773         atomic_thread_fence_rel();
774
775         /*
776          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
777          * this thread blocks any other thread trying to enter the
778          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
779          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
780          */
781         critical_enter();
782
783         /*
784          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
785          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
786          * started a new one and got inserted into the list at the
787          * same place, its gen will appear greater than the previously
788          * read gen.
789          */
790         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
791                 critical_exit();
792                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
793                 lock_delay(&lda);
794                 goto again;
795         }
796
797         /*
798          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
799          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
800          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
801          * write and the update of next.
802          */
803         invl_gen->next = NULL;
804         critical_exit();
805 }
806
807 static bool
808 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
809     struct pmap_invl_gen *p)
810 {
811         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
812         u_long mygen;
813
814         /*
815          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
816          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
817          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
818          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
819          */
820         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
821
822         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
823                 return (false);
824
825         KASSERT(prev.gen < mygen,
826             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
827         new_prev.gen = mygen;
828         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
829             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
830
831         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
832         atomic_thread_fence_rel();
833
834         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
835 }
836
837 static void
838 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
839 {
840         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
841         struct thread *td;
842         struct lock_delay_arg lda;
843         uintptr_t prevl;
844
845         td = curthread;
846         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
847         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
848         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
849             ("missed invl_start: INVALID"));
850         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
851
852 again:
853         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
854                 prevl = atomic_load_ptr(&p->next);
855                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
856                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
857                         lock_delay(&lda);
858                         goto again;
859                 }
860                 if ((void *)prevl == invl_gen)
861                         break;
862         }
863
864         /*
865          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
866          * thread before us finished its DI and started it again.
867          */
868         if (__predict_false(p == NULL)) {
869                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
870                 lock_delay(&lda);
871                 goto again;
872         }
873
874         critical_enter();
875         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
876             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
877         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
878                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
879                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
880                 critical_exit();
881                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
882                 lock_delay(&lda);
883                 goto again;
884         }
885         critical_exit();
886         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
887                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
888         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
889                 thread_lock(td);
890                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
891                 thread_unlock(td);
892         }
893 }
894
895 #ifdef DDB
896 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
897 {
898         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
899         struct thread *td;
900         uintptr_t nextl;
901         bool first;
902
903         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
904             first = false) {
905                 nextl = atomic_load_ptr(&p->next);
906                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
907                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
908                     td_md.md_invl_gen);
909                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
910                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
911                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
912         }
913 }
914 #endif
915
916 #ifdef PV_STATS
917 static long invl_wait;
918 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
919     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
920 static long invl_wait_slow;
921 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
922     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
923 #endif
924
925 static u_long *
926 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
927 {
928
929         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
930 }
931
932 static void
933 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
934 {
935
936         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
937                 return;
938         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
939 }
940
941 static void
942 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
943 {
944
945         if (pmap_di_locked())
946                 return;
947         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
948         pmap_invl_callout_inited = true;
949 }
950 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
951     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
952
953 /*
954  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
955  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
956  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
957  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
958  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
959  *
960  * This function works by blocking until the global DI generation
961  * number catches up with the generation number associated with the
962  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
963  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
964  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
965  * processor.
966  */
967 static void
968 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
969 {
970         u_long *m_gen;
971 #ifdef PV_STATS
972         bool accounted = false;
973 #endif
974
975         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
976         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
977 #ifdef PV_STATS
978                 if (!accounted) {
979                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
980                         accounted = true;
981                 }
982 #endif
983                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
984         }
985 }
986
987 static void
988 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
989 {
990         u_long *m_gen;
991         struct lock_delay_arg lda;
992         bool fast;
993
994         fast = true;
995         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
996         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
997         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
998                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
999                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1000                         lock_delay(&lda);
1001                         fast = false;
1002                 } else {
1003                         /*
1004                          * The page's invalidation generation number
1005                          * is still below the current thread's number.
1006                          * Prepare to block so that we do not waste
1007                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1008                          *
1009                          * Since it is impossible to block without
1010                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1011                          * prepare for the race by incrementing
1012                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1013                          * callout which will unblock us if we lose
1014                          * the race.
1015                          */
1016                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1017
1018                         /*
1019                          * Re-check the current thread's invalidation
1020                          * generation after incrementing
1021                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1022                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1023                          * the page generation and checking
1024                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1025                          * is for a missed unblock, which is handled
1026                          * by the callout.
1027                          */
1028                         if (*m_gen >
1029                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1030                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1031                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1032                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1033                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1034                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1035                         }
1036                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1037                 }
1038         }
1039 }
1040
1041 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *), static)
1042 {
1043
1044         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1045             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1046 }
1047
1048 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void), static)
1049 {
1050
1051         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1052             pmap_delayed_invl_start_u);
1053 }
1054
1055 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void), static)
1056 {
1057
1058         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1059             pmap_delayed_invl_finish_u);
1060 }
1061
1062 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t), static)
1063 {
1064
1065         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1066             pmap_delayed_invl_wait_u);
1067 }
1068
1069 /*
1070  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1071  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1072  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1073  * block to complete before proceeding.
1074  *
1075  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1076  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1077  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1078  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1079  */
1080 static void
1081 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1082 {
1083         u_long gen, *m_gen;
1084
1085         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1086         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1087         if (gen == 0)
1088                 return;
1089         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1090         if (*m_gen < gen)
1091                 *m_gen = gen;
1092 }
1093
1094 /*
1095  * Crashdump maps.
1096  */
1097 static caddr_t crashdumpmap;
1098
1099 /*
1100  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1101  */
1102 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1103 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1104
1105 /*
1106  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1107  * pmap_change_attr_locked().
1108  */
1109 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x0000001       /* Flush cache after mapping. */
1110 #define MAPDEV_SETATTR          0x0000002       /* Modify existing attrs. */
1111
1112 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1113 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1114 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1115 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1116 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1117 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1118                     struct rwlock **lockp);
1119 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1120                     struct rwlock **lockp);
1121 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1122                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1123 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1124 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1125                     struct rwlock **lockp);
1126 #endif
1127 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1128 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1129                     vm_offset_t va);
1130
1131 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode,
1132     int flags);
1133 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1134 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1135     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1136 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1137     vm_offset_t va);
1138 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1139                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1140 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1141                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1142 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1143     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1144 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1145 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1146 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1147     vm_offset_t eva);
1148 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1149     vm_offset_t eva);
1150 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1151                     pd_entry_t pde);
1152 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1153 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1154 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1155 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
1156 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1157 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1158     struct rwlock **lockp);
1159 #endif
1160 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1161     vm_prot_t prot);
1162 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
1163 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1164     bool exec);
1165 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1166 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1167 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1168 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1169     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1170 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1171     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1172 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1173 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1174     struct spglist *free);
1175 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1176                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1177                     struct rwlock **lockp);
1178 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1179     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1180 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1181     pd_entry_t newpde);
1182 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1183
1184 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1185                 struct rwlock **lockp);
1186 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1187                 struct rwlock **lockp);
1188 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1189                 struct rwlock **lockp);
1190
1191 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1192     struct spglist *free);
1193 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1194
1195 /********************/
1196 /* Inline functions */
1197 /********************/
1198
1199 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1200 static __inline vm_pindex_t
1201 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1202 {
1203         return (va >> PDRSHIFT);
1204 }
1205
1206
1207 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1208 static __inline pml4_entry_t *
1209 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1210 {
1211
1212         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1213 }
1214
1215 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1216 static __inline pdp_entry_t *
1217 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1218 {
1219         pdp_entry_t *pdpe;
1220
1221         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1222         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1223 }
1224
1225 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1226 static __inline pdp_entry_t *
1227 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1228 {
1229         pml4_entry_t *pml4e;
1230         pt_entry_t PG_V;
1231
1232         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1233         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1234         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1235                 return (NULL);
1236         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1237 }
1238
1239 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1240 static __inline pd_entry_t *
1241 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1242 {
1243         pd_entry_t *pde;
1244
1245         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1246         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1247 }
1248
1249 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1250 static __inline pd_entry_t *
1251 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1252 {
1253         pdp_entry_t *pdpe;
1254         pt_entry_t PG_V;
1255
1256         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1257         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1258         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1259                 return (NULL);
1260         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1261 }
1262
1263 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1264 static __inline pt_entry_t *
1265 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1266 {
1267         pt_entry_t *pte;
1268
1269         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1270         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1271 }
1272
1273 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1274 static __inline pt_entry_t *
1275 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1276 {
1277         pd_entry_t *pde;
1278         pt_entry_t PG_V;
1279
1280         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1281         pde = pmap_pde(pmap, va);
1282         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1283                 return (NULL);
1284         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1285                 return ((pt_entry_t *)pde);
1286         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1287 }
1288
1289 static __inline void
1290 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1291 {
1292
1293         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1294         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1295 }
1296
1297 static __inline void
1298 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1299 {
1300
1301         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1302         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1303             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1304             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1305         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1306 }
1307
1308 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1309 vtopte(vm_offset_t va)
1310 {
1311         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1312
1313         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1314
1315         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1316 }
1317
1318 static __inline pd_entry_t *
1319 vtopde(vm_offset_t va)
1320 {
1321         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1322
1323         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1324
1325         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1326 }
1327
1328 static u_int64_t
1329 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1330 {
1331         u_int64_t ret;
1332
1333         ret = *firstaddr;
1334         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1335         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1336         return (ret);
1337 }
1338
1339 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1340
1341 /* number of kernel PDP slots */
1342 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1343
1344 static void
1345 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1346 {
1347         int pt_pages;
1348         
1349 #ifdef NKPT
1350         pt_pages = NKPT;
1351 #else
1352         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1353         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1354
1355         /*
1356          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1357          * the kernel.
1358          *
1359          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1360          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1361          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1362          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1363          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1364          * physical memory.
1365          *
1366          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1367          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1368          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1369          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1370          * not uncommon.
1371          */
1372         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1373 #endif
1374         nkpt = pt_pages;
1375 }
1376
1377 /*
1378  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1379  * part of the initial boot allocations.
1380  *
1381  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1382  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1383  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1384  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1385  *
1386  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1387  * way.
1388  *
1389  * Note that this doesn't currently provide any protection for modules.
1390  */
1391 static inline pt_entry_t
1392 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1393 {
1394
1395         /*
1396          * Everything in the same 2M page as the start of the kernel
1397          * should be static. On the other hand, things in the same 2M
1398          * page as the end of the kernel could be read-write/executable,
1399          * as the kernel image is not guaranteed to end on a 2M boundary.
1400          */
1401         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1402            pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1403                 return (X86_PG_RW);
1404         /*
1405          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1406          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1407          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1408          * read-write data needs to be read-write.
1409          */
1410         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1411                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1412         /*
1413          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1414          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1415          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1416          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1417          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1418          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1419          * set CR0.WP.
1420          */
1421         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1422                 return (0);
1423         return (pg_nx);
1424 }
1425
1426 static void
1427 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1428 {
1429         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1430         pd_entry_t *pd_p;
1431         pdp_entry_t *pdp_p;
1432         pml4_entry_t *p4_p;
1433         uint64_t DMPDkernphys;
1434
1435         /* Allocate page table pages for the direct map */
1436         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1437         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1438                 ndmpdp = 4;
1439         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1440         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1441                 /*
1442                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1443                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1444                  */
1445                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1446                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1447                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1448                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1449         }
1450         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1451         ndm1g = 0;
1452         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1453                 /*
1454                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1455                  * Maxmem.
1456                  */
1457                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1458
1459                 /*
1460                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1461                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1462                  */
1463                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1464                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1465         }
1466         if (ndm1g < ndmpdp)
1467                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1468         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1469
1470         /* Allocate pages */
1471         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1472         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1473
1474         /*
1475          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1476          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1477          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1478          * build in too much slop in our estimate.
1479          *
1480          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1481          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1482          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1483          */
1484         nkpt_init(*firstaddr);
1485         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1486
1487         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1488         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1489
1490         /*
1491          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1492          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1493          * the PTmap.
1494          */
1495         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1496         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1497                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1498
1499         /*
1500          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1501          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1502          * created above.
1503          */
1504         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1505                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1506                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1507                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1508
1509         /*
1510          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1511          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1512          * virtual address space.
1513          */
1514         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1515                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1516
1517         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1518         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1519         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1520                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1521
1522         /*
1523          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1524          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1525          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1526          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1527          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1528          * that are partially used. 
1529          */
1530         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1531         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1532                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1533                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1534                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1535                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1536         }
1537         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1538         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1539                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1540                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1541                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1542                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1543         }
1544         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1545                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1546                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1547         }
1548
1549         /*
1550          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1551          * use 2M pages with appropriate permissions. (If using 1G pages,
1552          * this will partially overwrite the PDPEs above.)
1553          */
1554         if (ndm1g) {
1555                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1556                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1557                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1558                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1559                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1560                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1561                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1562                             X86_PG_V;
1563         }
1564
1565         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1566         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1567         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1568         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1569
1570         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1571         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1572                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1573                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1574         }
1575
1576         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1577         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1578                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1579                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1580         }
1581 }
1582
1583 /*
1584  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1585  *
1586  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1587  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1588  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1589  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1590  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1591  *      (physical) address starting relative to 0]
1592  */
1593 void
1594 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1595 {
1596         vm_offset_t va;
1597         pt_entry_t *pte;
1598         uint64_t cr4;
1599         u_long res;
1600         int i;
1601
1602         KERNend = *firstaddr;
1603         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1604
1605         if (!pti)
1606                 pg_g = X86_PG_G;
1607
1608         /*
1609          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1610          */
1611         create_pagetables(firstaddr);
1612
1613         /*
1614          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1615          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1616          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1617          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1618          * addresses to superpage mappings.
1619          */
1620         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1621
1622         /*
1623          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1624          */
1625         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1626         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1627
1628         /*
1629          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1630          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1631          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1632          * correct now.
1633          */
1634         cr4 = rcr4();
1635         cr4 |= CR4_PGE;
1636         load_cr4(cr4);
1637         load_cr3(KPML4phys);
1638         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1639                 cr4 |= CR4_SMEP;
1640         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1641                 cr4 |= CR4_SMAP;
1642         load_cr4(cr4);
1643
1644         /*
1645          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1646          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1647          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1648          */
1649         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1650         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1651         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1652         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1653         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1654         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1655         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1656         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1657
1658         /*
1659          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1660          */
1661         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1662
1663         /*
1664          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1665          * mapping of pages.
1666          */
1667 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1668         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1669
1670         va = virtual_avail;
1671         pte = vtopte(va);
1672
1673         /*
1674          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1675          * memory test.
1676          */
1677         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1678         CADDR1 = crashdumpmap;
1679
1680         virtual_avail = va;
1681
1682         /*
1683          * Initialize the PAT MSR.
1684          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1685          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1686          * have been created in our pre-boot environment.
1687          */
1688         pmap_init_pat();
1689
1690         /* Initialize TLB Context Id. */
1691         if (pmap_pcid_enabled) {
1692                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1693                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1694                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1695                 }
1696
1697                 /*
1698                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1699                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1700                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1701                  * needs to be valid.
1702                  */
1703                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1704                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1705
1706                 /*
1707                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1708                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1709                  * during pcpu setup.
1710                  */
1711                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1712         }
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Setup the PAT MSR.
1717  */
1718 void
1719 pmap_init_pat(void)
1720 {
1721         uint64_t pat_msr;
1722         u_long cr0, cr4;
1723         int i;
1724
1725         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1726         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1727                 panic("no PAT??");
1728
1729         /* Set default PAT index table. */
1730         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1731                 pat_index[i] = -1;
1732         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1733         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1734         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1735         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1736         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1737         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1738
1739         /*
1740          * Initialize default PAT entries.
1741          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1742          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1743          *
1744          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1745          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1746          * to its overload with PG_PS.
1747          */
1748         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1749             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1750             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1751             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1752             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1753             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1754             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1755             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1756
1757         /* Disable PGE. */
1758         cr4 = rcr4();
1759         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1760
1761         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1762         cr0 = rcr0();
1763         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1764
1765         /* Flushes caches and TLBs. */
1766         wbinvd();
1767         invltlb();
1768
1769         /* Update PAT and index table. */
1770         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1771
1772         /* Flush caches and TLBs again. */
1773         wbinvd();
1774         invltlb();
1775
1776         /* Restore caches and PGE. */
1777         load_cr0(cr0);
1778         load_cr4(cr4);
1779 }
1780
1781 /*
1782  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1783  */
1784 void
1785 pmap_page_init(vm_page_t m)
1786 {
1787
1788         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1789         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1790 }
1791
1792 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1793 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1794     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1795     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1796
1797 void
1798 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1799 {
1800         /*
1801          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1802          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1803          */
1804         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1805             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1806             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1807             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1808             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1809             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1810             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1811             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1812             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1813             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1814             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1815             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1816             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1817             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1818             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1819             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1820             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1821             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1822             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1823             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1824             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1825                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1826         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1827 }
1828
1829 static bool
1830 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1831 {
1832
1833         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1834             !pmap_allow_2m_x_ept);
1835 }
1836
1837 /*
1838  *      Initialize the pmap module.
1839  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1840  *      system needs to map virtual memory.
1841  */
1842 void
1843 pmap_init(void)
1844 {
1845         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1846         vm_page_t m, mpte;
1847         vm_size_t s;
1848         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1849
1850         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1851         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1852
1853         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1854         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1855             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1856                 /*
1857                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1858                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1859                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1860                  *
1861                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1862                  * seems to be impossible to distinguish between
1863                  * Skylake Server and Skylake X.
1864                  */
1865                 skz63 = 1;
1866                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1867                 if (skz63 != 0) {
1868                         if (bootverbose)
1869                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1870                                     "at physical 1G\n");
1871                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1872                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1873                                     ptoa(i), FALSE);
1874                                 if (!ret && bootverbose)
1875                                         printf("page at %#lx already used\n",
1876                                             0x40000000 + ptoa(i));
1877                         }
1878                 }
1879         }
1880
1881         /* IFU */
1882         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
1883
1884         /*
1885          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1886          * page table pages.
1887          */ 
1888         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
1889         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1890                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1891                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1892                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1893                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1894                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1895                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1896                 mpte->wire_count = 1;
1897
1898                 /*
1899                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
1900                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
1901                  */
1902                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
1903                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
1904                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
1905         }
1906         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
1907         vm_wire_add(nkpt);
1908
1909         /*
1910          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1911          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1912          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1913          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1914          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1915          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1916          * or newer AMD processors.
1917          */
1918         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1919             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1920             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1921             AMDID2_FMA4)) == 0)
1922                 workaround_erratum383 = 1;
1923
1924         /*
1925          * Are large page mappings enabled?
1926          */
1927         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1928         if (pg_ps_enabled) {
1929                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1930                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1931                 pagesizes[1] = NBPDR;
1932         }
1933
1934         /*
1935          * Initialize the pv chunk list mutex.
1936          */
1937         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1938
1939         /*
1940          * Initialize the pool of pv list locks.
1941          */
1942         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1943                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1944
1945         /*
1946          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1947          */
1948         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1949
1950         /*
1951          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1952          */
1953         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1954         s = round_page(s);
1955         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
1956         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1957                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1958         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1959
1960         pmap_initialized = 1;
1961         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1962                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1963                 if (ppim->va == 0)
1964                         continue;
1965                 /* Make the direct map consistent */
1966                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
1967                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1968                             ppim->sz, ppim->mode);
1969                 }
1970                 if (!bootverbose)
1971                         continue;
1972                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1973                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1974         }
1975
1976         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1977         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1978             (vmem_addr_t *)&qframe);
1979         if (error != 0)
1980                 panic("qframe allocation failed");
1981
1982         lm_ents = 8;
1983         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
1984         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
1985                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
1986         if (bootverbose)
1987                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu Gb)\n",
1988                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
1989         if (lm_ents != 0) {
1990                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
1991                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
1992                 if (large_vmem == NULL) {
1993                         printf("pmap: cannot create large map\n");
1994                         lm_ents = 0;
1995                 }
1996                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
1997                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
1998                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
1999                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2000                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2001                 }
2002         }
2003 }
2004
2005 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2006     "2MB page mapping counters");
2007
2008 static u_long pmap_pde_demotions;
2009 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2010     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2011
2012 static u_long pmap_pde_mappings;
2013 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2014     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2015
2016 static u_long pmap_pde_p_failures;
2017 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2018     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2019
2020 static u_long pmap_pde_promotions;
2021 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2022     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2023
2024 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2025     "1GB page mapping counters");
2026
2027 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2028 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2029     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2030
2031 /***************************************************
2032  * Low level helper routines.....
2033  ***************************************************/
2034
2035 static pt_entry_t
2036 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2037 {
2038         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2039
2040         switch (pmap->pm_type) {
2041         case PT_X86:
2042         case PT_RVI:
2043                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2044                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2045                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2046
2047                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2048                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2049                         entry ^= x86_pat_bits;
2050                 break;
2051         case PT_EPT:
2052                 /*
2053                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2054                  * the same way for regular pages and superpages.
2055                  */
2056                 break;
2057         default:
2058                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2059         }
2060
2061         return (entry);
2062 }
2063
2064 boolean_t
2065 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2066 {
2067
2068         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2069             pat_index[(int)mode] >= 0);
2070 }
2071
2072 /*
2073  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2074  * caching mode.
2075  */
2076 int
2077 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2078 {
2079         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2080
2081         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2082                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2083
2084         switch (pmap->pm_type) {
2085         case PT_X86:
2086         case PT_RVI:
2087                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2088                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2089
2090                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2091                 pat_idx = pat_index[mode];
2092
2093                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2094                 cache_bits = 0;
2095                 if (pat_idx & 0x4)
2096                         cache_bits |= pat_flag;
2097                 if (pat_idx & 0x2)
2098                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2099                 if (pat_idx & 0x1)
2100                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2101                 break;
2102
2103         case PT_EPT:
2104                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2105                 break;
2106
2107         default:
2108                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2109         }
2110
2111         return (cache_bits);
2112 }
2113
2114 static int
2115 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2116 {
2117         int mask;
2118
2119         switch (pmap->pm_type) {
2120         case PT_X86:
2121         case PT_RVI:
2122                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2123                 break;
2124         case PT_EPT:
2125                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2126                 break;
2127         default:
2128                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2129         }
2130
2131         return (mask);
2132 }
2133
2134 bool
2135 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2136 {
2137
2138         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2139 }
2140
2141 static void
2142 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2143 {
2144
2145         switch (pmap->pm_type) {
2146         case PT_X86:
2147                 break;
2148         case PT_RVI:
2149         case PT_EPT:
2150                 /*
2151                  * XXX
2152                  * This is a little bogus since the generation number is
2153                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2154                  * space is invalidated in the page tables.
2155                  *
2156                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2157                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2158                  * invalidated in the TLB.
2159                  *
2160                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2161                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2162                  * side-effect.
2163                  */
2164                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2165                 break;
2166         default:
2167                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2168         }
2169         pde_store(pde, newpde);
2170 }
2171
2172 /*
2173  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2174  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2175  * calling processor's TLB is affected.
2176  *
2177  * The calling thread must be pinned to a processor.
2178  */
2179 static void
2180 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2181 {
2182         pt_entry_t PG_G;
2183
2184         if (pmap_type_guest(pmap))
2185                 return;
2186
2187         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2188             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2189
2190         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2191
2192         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2193                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2194                 invlpg(va);
2195         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2196                 /*
2197                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2198                  * because there are too many to flush individually.
2199                  */
2200                 invltlb();
2201         else {
2202                 /*
2203                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2204                  * including any global (PG_G) mappings.
2205                  */
2206                 invltlb_glob();
2207         }
2208 }
2209 #ifdef SMP
2210
2211 /*
2212  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2213  *
2214  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2215  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2216  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2217  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2218  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2219  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2220  * one of the following functions but before a store updating the page
2221  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2222  * processor before its pm_active field is checked but due to
2223  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2224  * pmap as inactive on the other processor.
2225  * 
2226  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2227  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2228  * processor.
2229  */
2230
2231 /*
2232  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2233  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2234  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2235  */
2236 static __inline void
2237 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2238 {
2239         int ipinum;
2240
2241         sched_pin();
2242         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2243             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2244
2245         /*
2246          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2247          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2248          *
2249          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2250          * are flushed from the TLB on each context switch.
2251          *
2252          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2253          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2254          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2255          *
2256          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2257          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2258          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2259          */
2260         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2261
2262         /*
2263          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2264          */
2265         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2266         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2267         sched_unpin();
2268 }
2269
2270 static cpuset_t
2271 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2272 {
2273
2274         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2275 }
2276
2277 static inline void
2278 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2279     const bool invpcid_works1)
2280 {
2281         struct invpcid_descr d;
2282         uint64_t kcr3, ucr3;
2283         uint32_t pcid;
2284         u_int cpuid, i;
2285
2286         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2287         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2288                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2289                         /*
2290                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2291                          * context switch, we must disable switching.
2292                          * Otherwise, we might use a stale value
2293                          * below.
2294                          */
2295                         critical_enter();
2296                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2297                         if (invpcid_works1) {
2298                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2299                                 d.pad = 0;
2300                                 d.addr = va;
2301                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2302                         } else {
2303                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2304                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2305                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2306                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2307                         }
2308                         critical_exit();
2309                 }
2310         } else
2311                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2312
2313         CPU_FOREACH(i) {
2314                 if (cpuid != i)
2315                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2316         }
2317
2318         /*
2319          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2320          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2321          * for us to miss the bit update in pm_active and
2322          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2323          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2324          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2325          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2326          * the reciprocal fence.
2327          */
2328         atomic_thread_fence_seq_cst();
2329 }
2330
2331 static void
2332 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2333 {
2334
2335         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2336 }
2337
2338 static void
2339 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2340 {
2341
2342         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2343 }
2344
2345 static void
2346 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2347 {
2348 }
2349
2350 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t),
2351     static)
2352 {
2353
2354         if (pmap_pcid_enabled)
2355                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2356                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2357         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2358 }
2359
2360 void
2361 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2362 {
2363
2364         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2365                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2366                 return;
2367         }
2368
2369         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2370             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2371
2372         sched_pin();
2373         if (pmap == kernel_pmap) {
2374                 invlpg(va);
2375         } else {
2376                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2377                         invlpg(va);
2378                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2379         }
2380         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2381         sched_unpin();
2382 }
2383
2384 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2385 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2386
2387 static void
2388 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2389     const bool invpcid_works1)
2390 {
2391         struct invpcid_descr d;
2392         uint64_t kcr3, ucr3;
2393         uint32_t pcid;
2394         u_int cpuid, i;
2395
2396         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2397         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2398                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2399                         critical_enter();
2400                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2401                         if (invpcid_works1) {
2402                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2403                                 d.pad = 0;
2404                                 d.addr = sva;
2405                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2406                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2407                         } else {
2408                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2409                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2410                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2411                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2412                         }
2413                         critical_exit();
2414                 }
2415         } else
2416                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2417
2418         CPU_FOREACH(i) {
2419                 if (cpuid != i)
2420                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2421         }
2422         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2423         atomic_thread_fence_seq_cst();
2424 }
2425
2426 static void
2427 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2428     vm_offset_t eva)
2429 {
2430
2431         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2432 }
2433
2434 static void
2435 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2436     vm_offset_t eva)
2437 {
2438
2439         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2440 }
2441
2442 static void
2443 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2444 {
2445 }
2446
2447 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2448     vm_offset_t), static)
2449 {
2450
2451         if (pmap_pcid_enabled)
2452                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2453                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2454         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2455 }
2456
2457 void
2458 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2459 {
2460         vm_offset_t addr;
2461
2462         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2463                 pmap_invalidate_all(pmap);
2464                 return;
2465         }
2466
2467         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2468                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2469                 return;
2470         }
2471
2472         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2473             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2474
2475         sched_pin();
2476         if (pmap == kernel_pmap) {
2477                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2478                         invlpg(addr);
2479         } else {
2480                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2481                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2482                                 invlpg(addr);
2483                 }
2484                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2485         }
2486         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2487         sched_unpin();
2488 }
2489
2490 static inline void
2491 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2492 {
2493         struct invpcid_descr d;
2494         uint64_t kcr3, ucr3;
2495         uint32_t pcid;
2496         u_int cpuid, i;
2497
2498         if (pmap == kernel_pmap) {
2499                 if (invpcid_works1) {
2500                         bzero(&d, sizeof(d));
2501                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2502                 } else {
2503                         invltlb_glob();
2504                 }
2505         } else {
2506                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2507                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2508                         critical_enter();
2509                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2510                         if (invpcid_works1) {
2511                                 d.pcid = pcid;
2512                                 d.pad = 0;
2513                                 d.addr = 0;
2514                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2515                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2516                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2517                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2518                                 }
2519                         } else {
2520                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2521                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2522                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2523                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2524                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2525                                 } else {
2526                                         load_cr3(kcr3);
2527                                 }
2528                         }
2529                         critical_exit();
2530                 } else
2531                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2532                 CPU_FOREACH(i) {
2533                         if (cpuid != i)
2534                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2535                 }
2536         }
2537         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2538         atomic_thread_fence_seq_cst();
2539 }
2540
2541 static void
2542 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2543 {
2544
2545         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2546 }
2547
2548 static void
2549 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2550 {
2551
2552         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2553 }
2554
2555 static void
2556 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2557 {
2558
2559         if (pmap == kernel_pmap)
2560                 invltlb_glob();
2561         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2562                 invltlb();
2563 }
2564
2565 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t), static)
2566 {
2567
2568         if (pmap_pcid_enabled)
2569                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2570                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2571         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2572 }
2573
2574 void
2575 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2576 {
2577
2578         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2579                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2580                 return;
2581         }
2582
2583         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2584             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2585
2586         sched_pin();
2587         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2588         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2589         sched_unpin();
2590 }
2591
2592 void
2593 pmap_invalidate_cache(void)
2594 {
2595
2596         sched_pin();
2597         wbinvd();
2598         smp_cache_flush();
2599         sched_unpin();
2600 }
2601
2602 struct pde_action {
2603         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2604         pmap_t pmap;
2605         vm_offset_t va;
2606         pd_entry_t *pde;
2607         pd_entry_t newpde;
2608         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2609 };
2610
2611 static void
2612 pmap_update_pde_action(void *arg)
2613 {
2614         struct pde_action *act = arg;
2615
2616         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2617                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2618 }
2619
2620 static void
2621 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2622 {
2623         struct pde_action *act = arg;
2624
2625         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2626                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2627 }
2628
2629 /*
2630  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2631  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2632  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2633  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2634  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2635  * hardware error.
2636  */
2637 static void
2638 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2639 {
2640         struct pde_action act;
2641         cpuset_t active, other_cpus;
2642         u_int cpuid;
2643
2644         sched_pin();
2645         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2646         other_cpus = all_cpus;
2647         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2648         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2649                 active = all_cpus;
2650         else {
2651                 active = pmap->pm_active;
2652         }
2653         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2654                 act.store = cpuid;
2655                 act.invalidate = active;
2656                 act.va = va;
2657                 act.pmap = pmap;
2658                 act.pde = pde;
2659                 act.newpde = newpde;
2660                 CPU_SET(cpuid, &active);
2661                 smp_rendezvous_cpus(active,
2662                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2663                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2664         } else {
2665                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2666                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2667                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2668         }
2669         sched_unpin();
2670 }
2671 #else /* !SMP */
2672 /*
2673  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2674  */
2675 void
2676 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2677 {
2678         struct invpcid_descr d;
2679         uint64_t kcr3, ucr3;
2680         uint32_t pcid;
2681
2682         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2683                 pmap->pm_eptgen++;
2684                 return;
2685         }
2686         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2687             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2688
2689         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2690                 invlpg(va);
2691                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2692                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2693                         critical_enter();
2694                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2695                         if (invpcid_works) {
2696                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2697                                 d.pad = 0;
2698                                 d.addr = va;
2699                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2700                         } else {
2701                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2702                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2703                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2704                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2705                         }
2706                         critical_exit();
2707                 }
2708         } else if (pmap_pcid_enabled)
2709                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2710 }
2711
2712 void
2713 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2714 {
2715         struct invpcid_descr d;
2716         vm_offset_t addr;
2717         uint64_t kcr3, ucr3;
2718
2719         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2720                 pmap->pm_eptgen++;
2721                 return;
2722         }
2723         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2724             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2725
2726         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2727                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2728                         invlpg(addr);
2729                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2730                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2731                         critical_enter();
2732                         if (invpcid_works) {
2733                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2734                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2735                                 d.pad = 0;
2736                                 d.addr = sva;
2737                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2738                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2739                         } else {
2740                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2741                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2742                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2743                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2744                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2745                         }
2746                         critical_exit();
2747                 }
2748         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2749                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2750         }
2751 }
2752
2753 void
2754 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2755 {
2756         struct invpcid_descr d;
2757         uint64_t kcr3, ucr3;
2758
2759         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2760                 pmap->pm_eptgen++;
2761                 return;
2762         }
2763         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2764             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2765
2766         if (pmap == kernel_pmap) {
2767                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2768                         bzero(&d, sizeof(d));
2769                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2770                 } else {
2771                         invltlb_glob();
2772                 }
2773         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2774                 if (pmap_pcid_enabled) {
2775                         critical_enter();
2776                         if (invpcid_works) {
2777                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2778                                 d.pad = 0;
2779                                 d.addr = 0;
2780                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2781                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2782                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2783                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2784                                 }
2785                         } else {
2786                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2787                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2788                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2789                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2790                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2791                                 } else
2792                                         load_cr3(kcr3);
2793                         }
2794                         critical_exit();
2795                 } else {
2796                         invltlb();
2797                 }
2798         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2799                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2800         }
2801 }
2802
2803 PMAP_INLINE void
2804 pmap_invalidate_cache(void)
2805 {
2806
2807         wbinvd();
2808 }
2809
2810 static void
2811 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2812 {
2813
2814         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2815         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2816                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2817         else
2818                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2819 }
2820 #endif /* !SMP */
2821
2822 static void
2823 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2824 {
2825
2826         /*
2827          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2828          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2829          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2830          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2831          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2832          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2833          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2834          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2835          * TLB.
2836          */
2837         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2838                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2839         else
2840                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2841 }
2842
2843 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
2844     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva), static)
2845 {
2846
2847         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
2848                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
2849         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
2850                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
2851         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
2852 }
2853
2854 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2855
2856 static void
2857 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2858 {
2859
2860         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2861             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2862         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2863             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2864 }
2865
2866 static void
2867 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2868 {
2869
2870         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2871 }
2872
2873 void
2874 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2875 {
2876
2877         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2878
2879         /*
2880          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2881          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
2882          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
2883          * for that range anyway.
2884          */
2885         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2886                 return;
2887
2888         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
2889                 /*
2890                  * Do per-cache line flush.  Use the sfence
2891                  * instruction to insure that previous stores are
2892                  * included in the write-back.  The processor
2893                  * propagates flush to other processors in the cache
2894                  * coherence domain.
2895                  */
2896                 sfence();
2897                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2898                         clflushopt(sva);
2899                 sfence();
2900         } else {
2901                 /*
2902                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2903                  */
2904                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2905                         mfence();
2906                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2907                         clflush(sva);
2908                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2909                         mfence();
2910         }
2911 }
2912
2913 static void
2914 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2915 {
2916
2917         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2918         pmap_invalidate_cache();
2919 }
2920
2921 /*
2922  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2923  *
2924  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2925  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2926  * when moving pages into a different cache domain.
2927  */
2928 void
2929 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2930 {
2931         vm_offset_t daddr, eva;
2932         int i;
2933         bool useclflushopt;
2934
2935         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2936         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2937             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2938                 pmap_invalidate_cache();
2939         else {
2940                 if (useclflushopt)
2941                         sfence();
2942                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2943                         mfence();
2944                 for (i = 0; i < count; i++) {
2945                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2946                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2947                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2948                                 if (useclflushopt)
2949                                         clflushopt(daddr);
2950                                 else
2951                                         clflush(daddr);
2952                         }
2953                 }
2954                 if (useclflushopt)
2955                         sfence();
2956                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2957                         mfence();
2958         }
2959 }
2960
2961 void
2962 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2963 {
2964
2965         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
2966
2967         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
2968                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
2969                 return;
2970         }
2971
2972         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
2973         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2974                 return;
2975
2976         sfence();
2977         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2978                 clwb(sva);
2979         sfence();
2980 }
2981
2982 void
2983 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
2984 {
2985         pt_entry_t *pte;
2986         vm_offset_t vaddr;
2987         int error, pte_bits;
2988
2989         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
2990             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
2991         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
2992             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
2993
2994         if (spa < dmaplimit) {
2995                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
2996                     dmaplimit, epa)));
2997                 if (dmaplimit >= epa)
2998                         return;
2999                 spa = dmaplimit;
3000         }
3001
3002         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3003             X86_PG_V;
3004         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3005             &vaddr);
3006         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3007         pte = vtopte(vaddr);
3008         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3009                 sched_pin();
3010                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3011                 invlpg(vaddr);
3012                 /* XXXKIB sfences inside flush_cache_range are excessive */
3013                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3014                 sched_unpin();
3015         }
3016         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3017 }
3018
3019 /*
3020  *      Routine:        pmap_extract
3021  *      Function:
3022  *              Extract the physical page address associated
3023  *              with the given map/virtual_address pair.
3024  */
3025 vm_paddr_t 
3026 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3027 {
3028         pdp_entry_t *pdpe;
3029         pd_entry_t *pde;
3030         pt_entry_t *pte, PG_V;
3031         vm_paddr_t pa;
3032
3033         pa = 0;
3034         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3035         PMAP_LOCK(pmap);
3036         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3037         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3038                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3039                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3040                 else {
3041                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3042                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3043                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3044                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3045                                             (va & PDRMASK);
3046                                 } else {
3047                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3048                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3049                                             (va & PAGE_MASK);
3050                                 }
3051                         }
3052                 }
3053         }
3054         PMAP_UNLOCK(pmap);
3055         return (pa);
3056 }
3057
3058 /*
3059  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3060  *      Function:
3061  *              Atomically extract and hold the physical page
3062  *              with the given pmap and virtual address pair
3063  *              if that mapping permits the given protection.
3064  */
3065 vm_page_t
3066 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3067 {
3068         pd_entry_t pde, *pdep;
3069         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3070         vm_paddr_t pa;
3071         vm_page_t m;
3072
3073         pa = 0;
3074         m = NULL;
3075         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3076         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3077         PMAP_LOCK(pmap);
3078 retry:
3079         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3080         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3081                 if (pde & PG_PS) {
3082                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3083                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
3084                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
3085                                         goto retry;
3086                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3087                         }
3088                 } else {
3089                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3090                         if ((pte & PG_V) &&
3091                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
3092                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
3093                                     &pa))
3094                                         goto retry;
3095                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3096                         }
3097                 }
3098                 if (m != NULL)
3099                         vm_page_hold(m);
3100         }
3101         PA_UNLOCK_COND(pa);
3102         PMAP_UNLOCK(pmap);
3103         return (m);
3104 }
3105
3106 vm_paddr_t
3107 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3108 {
3109         pd_entry_t pde;
3110         vm_paddr_t pa;
3111
3112         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3113                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3114         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3115                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3116         } else {
3117                 pde = *vtopde(va);
3118                 if (pde & PG_PS) {
3119                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3120                 } else {
3121                         /*
3122                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3123                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3124                          * be used to access the PTE because it would use the
3125                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3126                          * because the page table page is preserved by the
3127                          * promotion.
3128                          */
3129                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3130                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3131                 }
3132         }
3133         return (pa);
3134 }
3135
3136 /***************************************************
3137  * Low level mapping routines.....
3138  ***************************************************/
3139
3140 /*
3141  * Add a wired page to the kva.
3142  * Note: not SMP coherent.
3143  */
3144 PMAP_INLINE void 
3145 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3146 {
3147         pt_entry_t *pte;
3148
3149         pte = vtopte(va);
3150         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
3151 }
3152
3153 static __inline void
3154 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3155 {
3156         pt_entry_t *pte;
3157         int cache_bits;
3158
3159         pte = vtopte(va);
3160         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3161         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
3162 }
3163
3164 /*
3165  * Remove a page from the kernel pagetables.
3166  * Note: not SMP coherent.
3167  */
3168 PMAP_INLINE void
3169 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3170 {
3171         pt_entry_t *pte;
3172
3173         pte = vtopte(va);
3174         pte_clear(pte);
3175 }
3176
3177 /*
3178  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3179  *      virtual address space.
3180  *
3181  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3182  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3183  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3184  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3185  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3186  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3187  *      region.
3188  */
3189 vm_offset_t
3190 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3191 {
3192         return PHYS_TO_DMAP(start);
3193 }
3194
3195
3196 /*
3197  * Add a list of wired pages to the kva
3198  * this routine is only used for temporary
3199  * kernel mappings that do not need to have
3200  * page modification or references recorded.
3201  * Note that old mappings are simply written
3202  * over.  The page *must* be wired.
3203  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3204  */
3205 void
3206 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3207 {
3208         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3209         vm_page_t m;
3210         int cache_bits;
3211
3212         oldpte = 0;
3213         pte = vtopte(sva);
3214         endpte = pte + count;
3215         while (pte < endpte) {
3216                 m = *ma++;
3217                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3218                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3219                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3220                         oldpte |= *pte;
3221                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3222                 }
3223                 pte++;
3224         }
3225         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3226                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3227                     PAGE_SIZE);
3228 }
3229
3230 /*
3231  * This routine tears out page mappings from the
3232  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3233  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3234  */
3235 void
3236 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3237 {
3238         vm_offset_t va;
3239
3240         va = sva;
3241         while (count-- > 0) {
3242                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3243                 pmap_kremove(va);
3244                 va += PAGE_SIZE;
3245         }
3246         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3247 }
3248
3249 /***************************************************
3250  * Page table page management routines.....
3251  ***************************************************/
3252 /*
3253  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3254  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3255  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3256  */
3257 static __inline void
3258 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3259     boolean_t set_PG_ZERO)
3260 {
3261
3262         if (set_PG_ZERO)
3263                 m->flags |= PG_ZERO;
3264         else
3265                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3266         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3267 }
3268         
3269 /*
3270  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3271  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3272  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3273  * ordered by this virtual address range.
3274  *
3275  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3276  */
3277 static __inline int
3278 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3279 {
3280
3281         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3282         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3283         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3284 }
3285
3286 /*
3287  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3288  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3289  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3290  * specified virtual address.
3291  */
3292 static __inline vm_page_t
3293 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3294 {
3295
3296         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3297         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3298 }
3299
3300 /*
3301  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
3302  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
3303  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3304  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3305  */
3306 static inline boolean_t
3307 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3308 {
3309
3310         --m->wire_count;
3311         if (m->wire_count == 0) {
3312                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3313                 return (TRUE);
3314         } else
3315                 return (FALSE);
3316 }
3317
3318 static void
3319 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3320 {
3321
3322         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3323         /*
3324          * unmap the page table page
3325          */
3326         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3327                 /* PDP page */
3328                 pml4_entry_t *pml4;
3329                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3330                 *pml4 = 0;
3331                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3332                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3333                         *pml4 = 0;
3334                 }
3335         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3336                 /* PD page */
3337                 pdp_entry_t *pdp;
3338                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3339                 *pdp = 0;
3340         } else {
3341                 /* PTE page */
3342                 pd_entry_t *pd;
3343                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3344                 *pd = 0;
3345         }
3346         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3347         if (m->pindex < NUPDE) {
3348                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3349                 vm_page_t pdpg;
3350
3351                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3352                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3353         }
3354         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
3355                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3356                 vm_page_t pdppg;
3357
3358                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3359                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3360         }
3361
3362         /* 
3363          * Put page on a list so that it is released after
3364          * *ALL* TLB shootdown is done
3365          */
3366         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3367 }
3368
3369 /*
3370  * After removing a page table entry, this routine is used to
3371  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
3372  */
3373 static int
3374 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3375     struct spglist *free)
3376 {
3377         vm_page_t mpte;
3378
3379         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3380                 return (0);
3381         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3382         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3383         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3384 }
3385
3386 void
3387 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3388 {
3389         struct proc *p;
3390         struct thread *td;
3391         int i;
3392
3393         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3394         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3395         pmap->pm_pml4u = NULL;
3396         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3397         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3398         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3399         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3400         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3401         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3402         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3403         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3404         CPU_FOREACH(i) {
3405                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3406                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3407         }
3408         pmap_activate_boot(pmap);
3409         td = curthread;
3410         if (pti) {
3411                 p = td->td_proc;
3412                 PROC_LOCK(p);
3413                 p->p_amd64_md_flags |= P_MD_KPTI;
3414                 PROC_UNLOCK(p);
3415         }
3416         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3417
3418         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3419                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3420                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3421                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3422         }
3423 }
3424
3425 void
3426 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3427 {
3428         pml4_entry_t *pm_pml4;
3429         int i;
3430
3431         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3432
3433         /* Wire in kernel global address entries. */
3434         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3435                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3436                     X86_PG_V;
3437         }
3438         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3439                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3440                     X86_PG_V;
3441         }
3442
3443         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3444         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3445             X86_PG_A | X86_PG_M;
3446
3447         /* install large map entries if configured */
3448         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3449                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3450 }
3451
3452 static void
3453 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3454 {
3455         pml4_entry_t *pm_pml4;
3456         int i;
3457
3458         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3459         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3460                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3461 }
3462
3463 /*
3464  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3465  * such as one in a vmspace structure.
3466  */
3467 int
3468 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3469 {
3470         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3471         vm_paddr_t pml4phys;
3472         int i;
3473
3474         /*
3475          * allocate the page directory page
3476          */
3477         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3478             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3479
3480         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3481         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3482         CPU_FOREACH(i) {
3483                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3484                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3485         }
3486         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3487         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3488         pmap->pm_pml4u = NULL;
3489
3490         pmap->pm_type = pm_type;
3491         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3492                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3493
3494         /*
3495          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3496          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3497          * address space.
3498          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3499          */
3500         if (pm_type == PT_X86) {
3501                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3502                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3503                 if ((curproc->p_amd64_md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3504                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3505                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3506                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3507                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3508                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3509                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3510                 }
3511                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3512                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3513                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3514                 }
3515         }
3516
3517         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3518         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3519         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3520         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3521         pmap->pm_flags = flags;
3522         pmap->pm_eptgen = 0;
3523
3524         return (1);
3525 }
3526
3527 int
3528 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3529 {
3530
3531         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3532 }
3533
3534 /*
3535  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3536  *
3537  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3538  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3539  *
3540  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3541  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3542  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3543  * race conditions.
3544  */
3545 static vm_page_t
3546 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3547 {
3548         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3549         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3550
3551         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3552
3553         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3554         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3555         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3556         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3557
3558         /*
3559          * Allocate a page table page.
3560          */
3561         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3562             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3563                 if (lockp != NULL) {
3564                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3565                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3566                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3567                         vm_wait(NULL);
3568                         PMAP_LOCK(pmap);
3569                 }
3570
3571                 /*
3572                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3573                  * page may have been allocated.
3574                  */
3575                 return (NULL);
3576         }
3577         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3578                 pmap_zero_page(m);
3579
3580         /*
3581          * Map the pagetable page into the process address space, if
3582          * it isn't already there.
3583          */
3584
3585         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3586                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3587                 vm_pindex_t pml4index;
3588
3589                 /* Wire up a new PDPE page */
3590                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3591                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3592                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3593                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3594                         /*
3595                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3596                          * kernel-mode page table no-execute so that
3597                          * we detect any programming errors that leave
3598                          * the kernel-mode page table active on return
3599                          * to user space.
3600                          */
3601                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3602                                 *pml4 |= pg_nx;
3603
3604                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3605                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3606                             PG_A | PG_M;
3607                 }
3608
3609         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3610                 vm_pindex_t pml4index;
3611                 vm_pindex_t pdpindex;
3612                 pml4_entry_t *pml4;
3613                 pdp_entry_t *pdp;
3614
3615                 /* Wire up a new PDE page */
3616                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3617                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3618
3619                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3620                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3621                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3622                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3623                             lockp) == NULL) {
3624                                 vm_page_unwire_noq(m);
3625                                 vm_page_free_zero(m);
3626                                 return (NULL);
3627                         }
3628                 } else {
3629                         /* Add reference to pdp page */
3630                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3631                         pdppg->wire_count++;
3632                 }
3633                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3634
3635                 /* Now find the pdp page */
3636                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3637                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3638
3639         } else {
3640                 vm_pindex_t pml4index;
3641                 vm_pindex_t pdpindex;
3642                 pml4_entry_t *pml4;
3643                 pdp_entry_t *pdp;
3644                 pd_entry_t *pd;
3645
3646                 /* Wire up a new PTE page */
3647                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3648                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3649
3650                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3651                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3652                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3653                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3654                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3655                             lockp) == NULL) {
3656                                 vm_page_unwire_noq(m);
3657                                 vm_page_free_zero(m);
3658                                 return (NULL);
3659                         }
3660                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3661                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3662                 } else {
3663                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3664                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3665                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3666                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3667                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3668                                     lockp) == NULL) {
3669                                         vm_page_unwire_noq(m);
3670                                         vm_page_free_zero(m);
3671                                         return (NULL);
3672                                 }
3673                         } else {
3674                                 /* Add reference to the pd page */
3675                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3676                                 pdpg->wire_count++;
3677                         }
3678                 }
3679                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3680
3681                 /* Now we know where the page directory page is */
3682                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3683                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3684         }
3685
3686         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3687
3688         return (m);
3689 }
3690
3691 static vm_page_t
3692 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3693 {
3694         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
3695         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3696         vm_page_t pdpg;
3697
3698         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3699
3700 retry:
3701         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3702         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3703                 /* Add a reference to the pd page. */
3704                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3705                 pdpg->wire_count++;
3706         } else {
3707                 /* Allocate a pd page. */
3708                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3709                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3710                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3711                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
3712                         goto retry;
3713         }
3714         return (pdpg);
3715 }
3716
3717 static vm_page_t
3718 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3719 {
3720         vm_pindex_t ptepindex;
3721         pd_entry_t *pd, PG_V;
3722         vm_page_t m;
3723
3724         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3725
3726         /*
3727          * Calculate pagetable page index
3728          */
3729         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3730 retry:
3731         /*
3732          * Get the page directory entry
3733          */
3734         pd = pmap_pde(pmap, va);
3735
3736         /*
3737          * This supports switching from a 2MB page to a
3738          * normal 4K page.
3739          */
3740         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3741                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3742                         /*
3743                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3744                          * the deallocation of the underlying PD page.
3745                          */
3746                         pd = NULL;
3747                 }
3748         }
3749
3750         /*
3751          * If the page table page is mapped, we just increment the
3752          * hold count, and activate it.
3753          */
3754         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
3755                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
3756                 m->wire_count++;
3757         } else {
3758                 /*
3759                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3760                  * deallocated.
3761                  */
3762                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
3763                 if (m == NULL && lockp != NULL)
3764                         goto retry;
3765         }
3766         return (m);
3767 }
3768
3769
3770 /***************************************************
3771  * Pmap allocation/deallocation routines.
3772  ***************************************************/
3773
3774 /*
3775  * Release any resources held by the given physical map.
3776  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
3777  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
3778  */
3779 void
3780 pmap_release(pmap_t pmap)
3781 {
3782         vm_page_t m;
3783         int i;
3784
3785         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
3786             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
3787             pmap->pm_stats.resident_count));
3788         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
3789             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
3790         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
3791             ("releasing active pmap %p", pmap));
3792
3793         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
3794
3795         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
3796                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
3797         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
3798                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
3799         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
3800         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
3801                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
3802
3803         vm_page_unwire_noq(m);
3804         vm_page_free_zero(m);
3805
3806         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
3807                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
3808                 vm_page_unwire_noq(m);
3809                 vm_page_free(m);
3810         }
3811         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
3812             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
3813                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
3814 }
3815
3816 static int
3817 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3818 {
3819         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
3820
3821         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
3822 }
3823 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3824     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
3825
3826 static int
3827 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3828 {
3829         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
3830
3831         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
3832 }
3833 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
3834     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
3835
3836 /*
3837  * grow the number of kernel page table entries, if needed
3838  */
3839 void
3840 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
3841 {
3842         vm_paddr_t paddr;
3843         vm_page_t nkpg;
3844         pd_entry_t *pde, newpdir;
3845         pdp_entry_t *pdpe;
3846
3847         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
3848
3849         /*
3850          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
3851          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
3852          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
3853          *
3854          * The correctness of this action is based on the following
3855          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
3856          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
3857          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
3858          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3859          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3860          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3861          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3862          * "KERNBASE".
3863          */
3864         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3865                 return;
3866
3867         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3868         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
3869                 addr = vm_map_max(kernel_map);
3870         while (kernel_vm_end < addr) {
3871                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3872                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3873                         /* We need a new PDP entry */
3874                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3875                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3876                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3877                         if (nkpg == NULL)
3878                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3879                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3880                                 pmap_zero_page(nkpg);
3881                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3882                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3883                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3884                         continue; /* try again */
3885                 }
3886                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3887                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3888                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3889                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3890                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3891                                 break;                       
3892                         }
3893                         continue;
3894                 }
3895
3896                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3897                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3898                     VM_ALLOC_ZERO);
3899                 if (nkpg == NULL)
3900                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3901                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3902                         pmap_zero_page(nkpg);
3903                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3904                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3905                 pde_store(pde, newpdir);
3906
3907                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3908                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
3909                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
3910                         break;                       
3911                 }
3912         }
3913 }
3914
3915
3916 /***************************************************
3917  * page management routines.
3918  ***************************************************/
3919
3920 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3921 CTASSERT(_NPCM == 3);
3922 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3923
3924 static __inline struct pv_chunk *
3925 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3926 {
3927
3928         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3929 }
3930
3931 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3932
3933 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3934 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3935 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3936
3937 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3938
3939 #ifdef PV_STATS
3940 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3941
3942 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3943         "Current number of pv entry chunks");
3944 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3945         "Current number of pv entry chunks allocated");
3946 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3947         "Current number of pv entry chunks frees");
3948 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3949         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3950
3951 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3952 static int pv_entry_spare;
3953
3954 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3955         "Current number of pv entry frees");
3956 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3957         "Current number of pv entry allocs");
3958 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3959         "Current number of pv entries");
3960 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3961         "Current number of spare pv entries");
3962 #endif
3963
3964 static void
3965 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3966 {
3967
3968         if (pmap == NULL)
3969                 return;
3970         pmap_invalidate_all(pmap);
3971         if (pmap != locked_pmap)
3972                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3973         if (start_di)
3974                 pmap_delayed_invl_finish();
3975 }
3976
3977 /*
3978  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3979  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3980  * another pv entry chunk.
3981  *
3982  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3983  *
3984  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3985  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3986  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3987  */
3988 static vm_page_t
3989 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3990 {
3991         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3992         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3993         struct md_page *pvh;
3994         pd_entry_t *pde;
3995         pmap_t next_pmap, pmap;
3996         pt_entry_t *pte, tpte;
3997         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3998         pv_entry_t pv;
3999         vm_offset_t va;
4000         vm_page_t m, m_pc;
4001         struct spglist free;
4002         uint64_t inuse;
4003         int bit, field, freed;
4004         bool start_di;
4005         static int active_reclaims = 0;
4006
4007         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4008         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4009         pmap = NULL;
4010         m_pc = NULL;
4011         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4012         SLIST_INIT(&free);
4013         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4014         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4015         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4016         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4017
4018         /*
4019          * A delayed invalidation block should already be active if
4020          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4021          * of pmap_demote_pde_locked().
4022          */
4023         start_di = pmap_not_in_di();
4024
4025         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4026         active_reclaims++;
4027         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4028         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4029         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4030             SLIST_EMPTY(&free)) {
4031                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4032                 if (next_pmap == NULL) {
4033                         /*
4034                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4035                          * not our marker, so active_reclaims must be
4036                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4037                          * will not rotate the pv_chunks list.
4038                          */
4039                         goto next_chunk;
4040                 }
4041                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4042
4043                 /*
4044                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4045                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4046                  * corresponding pmap is locked.
4047                  */
4048                 if (pmap != next_pmap) {
4049                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4050                             start_di);
4051                         pmap = next_pmap;
4052                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4053                         if (pmap > locked_pmap) {
4054                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4055                                 PMAP_LOCK(pmap);
4056                                 if (start_di)
4057                                         pmap_delayed_invl_start();
4058                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4059                                 continue;
4060                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4061                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4062                                         if (start_di)
4063                                                 pmap_delayed_invl_start();
4064                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4065                                         continue;
4066                                 } else {
4067                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4068                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4069                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4070                                         if (pc == NULL ||
4071                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4072                                                 continue;
4073                                         goto next_chunk;
4074                                 }
4075                         } else if (start_di)
4076                                 pmap_delayed_invl_start();
4077                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4078                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4079                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4080                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4081                 }
4082
4083                 /*
4084                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4085                  */
4086                 freed = 0;
4087                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4088                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4089                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4090                                 bit = bsfq(inuse);
4091                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4092                                 va = pv->pv_va;
4093                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4094                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4095                                         continue;
4096                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4097                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4098                                         continue;
4099                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4100                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4101                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4102                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4103                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4104                                         vm_page_dirty(m);
4105                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4106                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4107                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4108                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4109                                 m->md.pv_gen++;
4110                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4111                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4112                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4113                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4114                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4115                                                     PGA_WRITEABLE);
4116                                         }
4117                                 }
4118                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4119                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4120                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4121                                 freed++;
4122                         }
4123                 }
4124                 if (freed == 0) {
4125                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4126                         goto next_chunk;
4127                 }
4128                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4129                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4130                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4131                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4132                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4133                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4134                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4135                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4136                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4137                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4138                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4139                         /* Entire chunk is free; return it. */
4140                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4141                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4142                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4143                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4144                         break;
4145                 }
4146                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4147                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4148                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4149                 if (pmap == locked_pmap)
4150                         break;
4151 next_chunk:
4152                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4153                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
4154                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4155                         /*
4156                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4157                          * scan the same pv chunks that could not be
4158                          * freed (because they contained a wired
4159                          * and/or superpage mapping) on every
4160                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4161                          */
4162                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
4163                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4164                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4165                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4166                         }
4167                 }
4168         }
4169         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
4170         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
4171         active_reclaims--;
4172         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4173         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4174         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4175                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4176                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4177                 /* Recycle a freed page table page. */
4178                 m_pc->wire_count = 1;
4179         }
4180         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4181         return (m_pc);
4182 }
4183
4184 /*
4185  * free the pv_entry back to the free list
4186  */
4187 static void
4188 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4189 {
4190         struct pv_chunk *pc;
4191         int idx, field, bit;
4192
4193         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4194         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4195         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4196         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4197         pc = pv_to_chunk(pv);
4198         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4199         field = idx / 64;
4200         bit = idx % 64;
4201         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4202         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4203             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4204                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4205                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4206                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4207                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4208                 }
4209                 return;
4210         }
4211         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4212         free_pv_chunk(pc);
4213 }
4214
4215 static void
4216 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4217 {
4218         vm_page_t m;
4219
4220         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4221         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4222         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4223         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4224         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4225         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4226         /* entire chunk is free, return it */
4227         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4228         dump_drop_page(m->phys_addr);
4229         vm_page_unwire_noq(m);
4230         vm_page_free(m);
4231 }
4232
4233 /*
4234  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4235  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4236  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4237  * returned.
4238  *
4239  * The given PV list lock may be released.
4240  */
4241 static pv_entry_t
4242 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4243 {
4244         int bit, field;
4245         pv_entry_t pv;
4246         struct pv_chunk *pc;
4247         vm_page_t m;
4248
4249         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4250         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4251 retry:
4252         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4253         if (pc != NULL) {
4254                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4255                         if (pc->pc_map[field]) {
4256                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4257                                 break;
4258                         }
4259                 }
4260                 if (field < _NPCM) {
4261                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4262                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4263                         /* If this was the last item, move it to tail */
4264                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4265                             pc->pc_map[2] == 0) {
4266                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4267                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4268                                     pc_list);
4269                         }
4270                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4271                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4272                         return (pv);
4273                 }
4274         }
4275         /* No free items, allocate another chunk */
4276         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4277             VM_ALLOC_WIRED);
4278         if (m == NULL) {
4279                 if (lockp == NULL) {
4280                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4281                         return (NULL);
4282                 }
4283                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4284                 if (m == NULL)
4285                         goto retry;
4286         }
4287         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4288         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4289         dump_add_page(m->phys_addr);
4290         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4291         pc->pc_pmap = pmap;
4292         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4293         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4294         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4295         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4296         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
4297         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4298         pv = &pc->pc_pventry[0];
4299         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4300         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4301         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4302         return (pv);
4303 }
4304
4305 /*
4306  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4307  *
4308  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4309  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4310  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4311  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4312  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4313  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4314  * as well.
4315  *
4316  * Reference numbers for erratas are
4317  * 4th Gen Core: HSD146
4318  * 5th Gen Core: BDM85
4319  * 6th Gen Core: SKL029
4320  */
4321 static int
4322 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4323 {
4324         u_long result, tmp;
4325
4326         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4327             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4328             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4329             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4330             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4331         return (result);
4332 }
4333
4334 /*
4335  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4336  * exceeds the given count, "needed".
4337  *
4338  * The given PV list lock may be released.
4339  */
4340 static void
4341 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4342 {
4343         struct pch new_tail;
4344         struct pv_chunk *pc;
4345         vm_page_t m;
4346         int avail, free;
4347         bool reclaimed;
4348
4349         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4350         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4351
4352         /*
4353          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4354          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4355          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4356          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4357          */
4358         TAILQ_INIT(&new_tail);
4359 retry:
4360         avail = 0;
4361         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4362 #ifndef __POPCNT__
4363                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4364                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4365                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4366                 else
4367 #endif
4368                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4369                 if (free == 0)
4370                         break;
4371                 avail += free;
4372                 if (avail >= needed)
4373                         break;
4374         }
4375         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4376                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4377                     VM_ALLOC_WIRED);
4378                 if (m == NULL) {
4379                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4380                         if (m == NULL)
4381                                 goto retry;
4382                         reclaimed = true;
4383                 }
4384                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4385                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4386                 dump_add_page(m->phys_addr);
4387                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4388                 pc->pc_pmap = pmap;
4389                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4390                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4391                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4392                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4393                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
4394                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4395
4396                 /*
4397                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4398                  * If that chunk contained available entries, we need to
4399                  * re-count the number of available entries.
4400                  */
4401                 if (reclaimed)
4402                         goto retry;
4403         }
4404         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
4405                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
4406                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
4407                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
4408         }
4409 }
4410
4411 /*
4412  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4413  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4414  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4415  * 2MB page mappings.
4416  */
4417 static __inline pv_entry_t
4418 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4419 {
4420         pv_entry_t pv;
4421
4422         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4423                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4424                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4425                         pvh->pv_gen++;
4426                         break;
4427                 }
4428         }
4429         return (pv);
4430 }
4431
4432 /*
4433  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4434  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4435  * entries for each of the 4KB page mappings.
4436  */
4437 static void
4438 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4439     struct rwlock **lockp)
4440 {
4441         struct md_page *pvh;
4442         struct pv_chunk *pc;
4443         pv_entry_t pv;
4444         vm_offset_t va_last;
4445         vm_page_t m;
4446         int bit, field;
4447
4448         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4449         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4450             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4451         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4452
4453         /*
4454          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4455          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4456          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4457          */
4458         pvh = pa_to_pvh(pa);
4459         va = trunc_2mpage(va);
4460         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4461         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4462         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4463         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4464         m->md.pv_gen++;
4465         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4466         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4467         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4468         for (;;) {
4469                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4470                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4471                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4472                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4473                         while (pc->pc_map[field]) {
4474                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4475                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4476                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4477                                 va += PAGE_SIZE;
4478                                 pv->pv_va = va;
4479                                 m++;
4480                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4481                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4482                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4483                                 m->md.pv_gen++;
4484                                 if (va == va_last)
4485                                         goto out;
4486                         }
4487                 }
4488                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4489                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4490         }
4491 out:
4492         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4493                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4494                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4495         }
4496         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4497         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4498 }
4499
4500 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4501 /*
4502  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4503  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4504  * for the 2MB page mapping.
4505  */
4506 static void
4507 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4508     struct rwlock **lockp)
4509 {
4510         struct md_page *pvh;
4511         pv_entry_t pv;
4512         vm_offset_t va_last;
4513         vm_page_t m;
4514
4515         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4516             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4517         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4518
4519         /*
4520          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4521          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4522          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4523          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4524          * mappings that is being promoted.
4525          */
4526         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4527         va = trunc_2mpage(va);
4528         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4529         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4530         pvh = pa_to_pvh(pa);
4531         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4532         pvh->pv_gen++;
4533         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4534         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4535         do {
4536                 m++;
4537                 va += PAGE_SIZE;
4538                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4539         } while (va < va_last);
4540 }
4541 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4542
4543 /*
4544  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4545  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4546  * page mappings.
4547  */
4548 static void
4549 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4550 {
4551         pv_entry_t pv;
4552
4553         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4554         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4555         free_pv_entry(pmap, pv);
4556 }
4557
4558 /*
4559  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4560  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4561  */
4562 static boolean_t
4563 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4564     struct rwlock **lockp)
4565 {
4566         pv_entry_t pv;
4567
4568         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4569         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4570         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4571                 pv->pv_va = va;
4572                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4573                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4574                 m->md.pv_gen++;
4575                 return (TRUE);
4576         } else
4577                 return (FALSE);
4578 }
4579
4580 /*
4581  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4582  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4583  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4584  */
4585 static bool
4586 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4587     struct rwlock **lockp)
4588 {
4589         struct md_page *pvh;
4590         pv_entry_t pv;
4591         vm_paddr_t pa;
4592
4593         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4594         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4595         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4596             NULL : lockp)) == NULL)
4597                 return (false);
4598         pv->pv_va = va;
4599         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4600         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4601         pvh = pa_to_pvh(pa);
4602         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4603         pvh->pv_gen++;
4604         return (true);
4605 }
4606
4607 /*
4608  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4609  */
4610 static void
4611 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4612 {
4613         pt_entry_t *pte;
4614
4615         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4616                 *pte = newpte;
4617                 newpte += PAGE_SIZE;
4618         }
4619 }
4620
4621 /*
4622  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4623  * mapping is invalidated.
4624  */
4625 static boolean_t
4626 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4627 {
4628         struct rwlock *lock;
4629         boolean_t rv;
4630
4631         lock = NULL;
4632         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4633         if (lock != NULL)
4634                 rw_wunlock(lock);
4635         return (rv);
4636 }
4637
4638 static void
4639 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4640 {
4641 #ifdef INVARIANTS
4642 #ifdef DIAGNOSTIC
4643         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4644
4645         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
4646             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
4647                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
4648                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
4649                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
4650                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
4651                         printf("page table dump\n");
4652                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
4653                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
4654                         panic("firstpte");
4655                 }
4656         }
4657 #else
4658         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
4659             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
4660             " addresses"));
4661 #endif
4662 #endif
4663 }
4664
4665 static void
4666 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4667     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
4668 {
4669         struct spglist free;
4670         vm_offset_t sva;
4671
4672         SLIST_INIT(&free);
4673         sva = trunc_2mpage(va);
4674         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
4675         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
4676                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
4677         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4678         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
4679             va, pmap);
4680 }
4681
4682 static boolean_t
4683 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4684     struct rwlock **lockp)
4685 {
4686         pd_entry_t newpde, oldpde;
4687         pt_entry_t *firstpte, newpte;
4688         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
4689         vm_paddr_t mptepa;
4690         vm_page_t mpte;
4691         int PG_PTE_CACHE;
4692         bool in_kernel;
4693
4694         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4695         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4696         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4697         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4698         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4699         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4700         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
4701
4702         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4703         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
4704         oldpde = *pde;
4705         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
4706             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
4707
4708         /*
4709          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
4710          * mapping was never accessed.
4711          */
4712         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
4713                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4714                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
4715                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4716                 return (FALSE);
4717         }
4718
4719         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4720         if (mpte == NULL) {
4721                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
4722                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
4723                     " is missing"));
4724
4725                 /*
4726                  * If the page table page is missing and the mapping
4727                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
4728                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
4729                  * for every other part of the kernel address space,
4730                  * so the direct map region is the only part of the
4731                  * kernel address space that must be handled here.
4732                  */
4733                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
4734                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
4735                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
4736
4737                 /*
4738                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
4739                  * region of the kernel's address space, then the page
4740                  * allocation request specifies the highest possible
4741                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
4742                  * priority is normal.
4743                  */
4744                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
4745                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
4746                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
4747
4748                 /*
4749                  * If the allocation of the new page table page fails,
4750                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
4751                  */
4752                 if (mpte == NULL) {
4753                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
4754                         return (FALSE);
4755                 }
4756
4757                 if (!in_kernel) {
4758                         mpte->wire_count = NPTEPG;
4759                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4760                 }
4761         }
4762         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4763         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
4764         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
4765         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
4766             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
4767         newpte = oldpde & ~PG_PS;
4768         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
4769
4770         /*
4771          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
4772          * initialize it.
4773          */
4774         if (mpte->valid == 0)
4775                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4776
4777         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
4778
4779         /*
4780          * If the mapping has changed attributes, update the page table
4781          * entries.
4782          */
4783         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
4784                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
4785
4786         /*
4787          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
4788          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
4789          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
4790          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
4791          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
4792          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
4793          */
4794         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4795                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
4796
4797         /*
4798          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
4799          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
4800          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
4801          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
4802          * the read above and the store below. 
4803          */
4804         if (workaround_erratum383)
4805                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4806         else
4807                 pde_store(pde, newpde);
4808
4809         /*
4810          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4811          */
4812         if (in_kernel)
4813                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4814
4815         /*
4816          * Demote the PV entry.
4817          */
4818         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
4819                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4820
4821         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
4822         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
4823             va, pmap);
4824         return (TRUE);
4825 }
4826
4827 /*
4828  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
4829  */
4830 static void
4831 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4832 {
4833         pd_entry_t newpde;
4834         vm_paddr_t mptepa;
4835         vm_page_t mpte;
4836
4837         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
4838         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4839         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
4840         if (mpte == NULL)
4841                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
4842
4843         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
4844         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
4845
4846         /*
4847          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
4848          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
4849          */
4850         if (mpte->valid != 0)
4851                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
4852
4853         /*
4854          * Demote the mapping.
4855          */
4856         if (workaround_erratum383)
4857                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
4858         else
4859                 pde_store(pde, newpde);
4860
4861         /*
4862          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
4863          */
4864         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
4865 }
4866
4867 /*
4868  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
4869  */
4870 static int
4871 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
4872     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4873 {
4874         struct md_page *pvh;
4875         pd_entry_t oldpde;
4876         vm_offset_t eva, va;
4877         vm_page_t m, mpte;
4878         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4879
4880         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4881         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4882         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4883         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4884
4885         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4886         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4887             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4888         oldpde = pte_load_clear(pdq);
4889         if (oldpde & PG_W)
4890                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
4891         if ((oldpde & PG_G) != 0)
4892                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4893         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4894         if (oldpde & PG_MANAGED) {
4895                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
4896                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
4897                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
4898                 eva = sva + NBPDR;
4899                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4900                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
4901                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4902                                 vm_page_dirty(m);
4903                         if (oldpde & PG_A)
4904                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4905                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4906                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4907                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4908                         pmap_delayed_invl_page(m);
4909                 }
4910         }
4911         if (pmap == kernel_pmap) {
4912                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
4913         } else {
4914                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
4915                 if (mpte != NULL) {
4916                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4917                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
4918                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4919                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4920                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
4921                         mpte->wire_count = 0;
4922                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
4923                 }
4924         }
4925         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
4926 }
4927
4928 /*
4929  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
4930  */
4931 static int
4932 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
4933     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4934 {
4935         struct md_page *pvh;
4936         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4937         vm_page_t m;
4938
4939         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4940         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4941         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4942
4943         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4944         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4945         if (oldpte & PG_W)
4946                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4947         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4948         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4949                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4950                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4951                         vm_page_dirty(m);
4952                 if (oldpte & PG_A)
4953                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4954                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4955                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4956                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4957                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4958                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4959                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4960                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4961                 }
4962                 pmap_delayed_invl_page(m);
4963         }
4964         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4965 }
4966
4967 /*
4968  * Remove a single page from a process address space
4969  */
4970 static void
4971 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4972     struct spglist *free)
4973 {
4974         struct rwlock *lock;
4975         pt_entry_t *pte, PG_V;
4976
4977         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4978         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4979         if ((*pde & PG_V) == 0)
4980                 return;
4981         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4982         if ((*pte & PG_V) == 0)
4983                 return;
4984         lock = NULL;
4985         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4986         if (lock != NULL)
4987                 rw_wunlock(lock);
4988         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4989 }
4990
4991 /*
4992  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4993  */
4994 static bool
4995 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4996     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4997 {
4998         pt_entry_t PG_G, *pte;
4999         vm_offset_t va;
5000         bool anyvalid;
5001
5002         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5003         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5004         anyvalid = false;
5005         va = eva;
5006         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5007             sva += PAGE_SIZE) {
5008                 if (*pte == 0) {
5009                         if (va != eva) {
5010                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5011                                 va = eva;
5012                         }
5013                         continue;
5014                 }
5015                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5016                         anyvalid = true;
5017                 else if (va == eva)
5018                         va = sva;
5019                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5020                         sva += PAGE_SIZE;
5021                         break;
5022                 }
5023         }
5024         if (va != eva)
5025                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5026         return (anyvalid);
5027 }
5028
5029 /*
5030  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5031  *
5032  *      It is assumed that the start and end are properly
5033  *      rounded to the page size.
5034  */
5035 void
5036 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5037 {
5038         struct rwlock *lock;
5039         vm_offset_t va_next;
5040         pml4_entry_t *pml4e;
5041         pdp_entry_t *pdpe;
5042         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5043         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5044         struct spglist free;
5045         int anyvalid;
5046
5047         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5048         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5049
5050         /*
5051          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5052          */
5053         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5054                 return;
5055
5056         anyvalid = 0;
5057         SLIST_INIT(&free);
5058
5059         pmap_delayed_invl_start();
5060         PMAP_LOCK(pmap);
5061         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5062
5063         /*
5064          * special handling of removing one page.  a very
5065          * common operation and easy to short circuit some
5066          * code.
5067          */
5068         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5069                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5070                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5071                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5072                         goto out;
5073                 }
5074         }
5075
5076         lock = NULL;
5077         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5078
5079                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5080                         break;
5081
5082                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5083                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5084                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5085                         if (va_next < sva)
5086                                 va_next = eva;
5087                         continue;
5088                 }
5089
5090                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5091                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5092                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5093                         if (va_next < sva)
5094                                 va_next = eva;
5095                         continue;
5096                 }
5097
5098                 /*
5099                  * Calculate index for next page table.
5100                  */
5101                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5102                 if (va_next < sva)
5103                         va_next = eva;
5104
5105                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5106                 ptpaddr = *pde;
5107
5108                 /*
5109                  * Weed out invalid mappings.
5110                  */
5111                 if (ptpaddr == 0)
5112                         continue;
5113
5114                 /*
5115                  * Check for large page.
5116                  */
5117                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5118                         /*
5119                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5120                          * demote the mapping and fall through.
5121                          */
5122                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5123                                 /*
5124                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5125                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5126                                  */
5127                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5128                                         anyvalid = 1;
5129                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5130                                 continue;
5131                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5132                             &lock)) {
5133                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5134                                 continue;
5135                         } else
5136                                 ptpaddr = *pde;
5137                 }
5138
5139                 /*
5140                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5141                  * by the current page table page, or to the end of the
5142                  * range being removed.
5143                  */
5144                 if (va_next > eva)
5145                         va_next = eva;
5146
5147                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5148                         anyvalid = 1;
5149         }
5150         if (lock != NULL)
5151                 rw_wunlock(lock);
5152 out:
5153         if (anyvalid)
5154                 pmap_invalidate_all(pmap);
5155         PMAP_UNLOCK(pmap);
5156         pmap_delayed_invl_finish();
5157         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5158 }
5159
5160 /*
5161  *      Routine:        pmap_remove_all
5162  *      Function:
5163  *              Removes this physical page from
5164  *              all physical maps in which it resides.
5165  *              Reflects back modify bits to the pager.
5166  *
5167  *      Notes:
5168  *              Original versions of this routine were very
5169  *              inefficient because they iteratively called
5170  *              pmap_remove (slow...)
5171  */
5172
5173 void
5174 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5175 {
5176         struct md_page *pvh;
5177         pv_entry_t pv;
5178         pmap_t pmap;
5179         struct rwlock *lock;
5180         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5181         pd_entry_t *pde;
5182         vm_offset_t va;
5183         struct spglist free;
5184         int pvh_gen, md_gen;
5185
5186         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5187             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5188         SLIST_INIT(&free);
5189         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5190         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5191             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5192 retry:
5193         rw_wlock(lock);
5194         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5195                 pmap = PV_PMAP(pv);
5196                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5197                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5198                         rw_wunlock(lock);
5199                         PMAP_LOCK(pmap);
5200                         rw_wlock(lock);
5201                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5202                                 rw_wunlock(lock);
5203                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5204                                 goto retry;
5205                         }
5206                 }
5207                 va = pv->pv_va;
5208                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5209                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5210                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5211         }
5212         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5213                 pmap = PV_PMAP(pv);
5214                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5215                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5216                         md_gen = m->md.pv_gen;
5217                         rw_wunlock(lock);
5218                         PMAP_LOCK(pmap);
5219                         rw_wlock(lock);
5220                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5221                                 rw_wunlock(lock);
5222                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5223                                 goto retry;
5224                         }
5225                 }
5226                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5227                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5228                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5229                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5230                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5231                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5232                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5233                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5234                 tpte = pte_load_clear(pte);
5235                 if (tpte & PG_W)
5236                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5237                 if (tpte & PG_A)
5238                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5239
5240                 /*
5241                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5242                  */
5243                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5244                         vm_page_dirty(m);
5245                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5246                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5247                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5248                 m->md.pv_gen++;
5249                 free_pv_entry(pmap, pv);
5250                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5251         }
5252         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5253         rw_wunlock(lock);
5254         pmap_delayed_invl_wait(m);
5255         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5256 }
5257
5258 /*
5259  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5260  */
5261 static boolean_t
5262 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5263 {
5264         pd_entry_t newpde, oldpde;
5265         vm_offset_t eva, va;
5266         vm_page_t m;
5267         boolean_t anychanged;
5268         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5269
5270         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5271         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5272         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5273
5274         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5275         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5276             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5277         anychanged = FALSE;
5278 retry:
5279         oldpde = newpde = *pde;
5280         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5281             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5282                 eva = sva + NBPDR;
5283                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5284                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
5285                         vm_page_dirty(m);
5286         }
5287         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
5288                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5289         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5290                 newpde |= pg_nx;
5291         if (newpde != oldpde) {
5292                 /*
5293                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5294                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5295                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5296                  */
5297                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5298                         goto retry;
5299                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5300                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5301                 else
5302                         anychanged = TRUE;
5303         }
5304         return (anychanged);
5305 }
5306
5307 /*
5308  *      Set the physical protection on the
5309  *      specified range of this map as requested.
5310  */
5311 void
5312 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5313 {
5314         vm_offset_t va_next;
5315         pml4_entry_t *pml4e;
5316         pdp_entry_t *pdpe;
5317         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5318         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5319         boolean_t anychanged;
5320
5321         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5322         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5323                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5324                 return;
5325         }
5326
5327         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5328             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5329                 return;
5330
5331         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5332         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5333         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5334         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5335         anychanged = FALSE;
5336
5337         /*
5338          * Although this function delays and batches the invalidation
5339          * of stale TLB entries, it does not need to call
5340          * pmap_delayed_invl_start() and
5341          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5342          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5343          * protection-only changes need only be invalidated before the
5344          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5345          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5346          * a physical page's PV list of mappings, like
5347          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5348          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5349          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5350          * updates.
5351          *
5352          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5353          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5354          * invalidated.
5355          */
5356         
5357         PMAP_LOCK(pmap);
5358         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5359
5360                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5361                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5362                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5363                         if (va_next < sva)
5364                                 va_next = eva;
5365                         continue;
5366                 }
5367
5368                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5369                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5370                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5371                         if (va_next < sva)
5372                                 va_next = eva;
5373                         continue;
5374                 }
5375
5376                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5377                 if (va_next < sva)
5378                         va_next = eva;
5379
5380                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5381                 ptpaddr = *pde;
5382
5383                 /*
5384                  * Weed out invalid mappings.
5385                  */
5386                 if (ptpaddr == 0)
5387                         continue;
5388
5389                 /*
5390                  * Check for large page.
5391                  */
5392                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5393                         /*
5394                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5395                          * demote the mapping and fall through.
5396                          */
5397                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5398                                 /*
5399                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5400                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5401                                  */
5402                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5403                                         anychanged = TRUE;
5404                                 continue;
5405                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5406                                 /*
5407                                  * The large page mapping was destroyed.
5408                                  */
5409                                 continue;
5410                         }
5411                 }
5412
5413                 if (va_next > eva)
5414                         va_next = eva;
5415
5416                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5417                     sva += PAGE_SIZE) {
5418                         pt_entry_t obits, pbits;
5419                         vm_page_t m;
5420
5421 retry:
5422                         obits = pbits = *pte;
5423                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5424                                 continue;
5425
5426                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5427                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5428                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5429                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5430                                         vm_page_dirty(m);
5431                                 }
5432                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5433                         }
5434                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5435                                 pbits |= pg_nx;
5436
5437                         if (pbits != obits) {
5438                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5439                                         goto retry;
5440                                 if (obits & PG_G)
5441                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5442                                 else
5443                                         anychanged = TRUE;
5444                         }
5445                 }
5446         }
5447         if (anychanged)
5448                 pmap_invalidate_all(pmap);
5449         PMAP_UNLOCK(pmap);
5450 }
5451
5452 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5453 static bool
5454 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5455 {
5456
5457         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5458                 return (false);
5459         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5460 }
5461
5462 /*
5463  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5464  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5465  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5466  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5467  * identical characteristics. 
5468  */
5469 static void
5470 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5471     struct rwlock **lockp)
5472 {
5473         pd_entry_t newpde;
5474         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5475         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5476         vm_page_t mpte;
5477         int PG_PTE_CACHE;
5478
5479         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5480         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5481         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5482         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5483         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5484         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5485         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5486
5487         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5488
5489         /*
5490          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5491          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5492          * within a 2MB page. 
5493          */
5494         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5495 setpde:
5496         newpde = *firstpte;
5497         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5498             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5499             newpde))) {
5500                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5501                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5502                     " in pmap %p", va, pmap);
5503                 return;
5504         }
5505         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5506                 /*
5507                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5508                  * a TLB invalidation.
5509                  */
5510                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5511                         goto setpde;
5512                 newpde &= ~PG_RW;
5513         }
5514
5515         /*
5516          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5517          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5518          * characteristics to the first PTE.
5519          */
5520         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5521         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5522 setpte:
5523                 oldpte = *pte;
5524                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5525                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5526                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5527                             " in pmap %p", va, pmap);
5528                         return;
5529                 }
5530                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5531                         /*
5532                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5533                          * without a TLB invalidation.
5534                          */
5535                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5536                                 goto setpte;
5537                         oldpte &= ~PG_RW;
5538                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5539                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5540                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5541                 }
5542                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5543                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5544                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5545                             " in pmap %p", va, pmap);
5546                         return;
5547                 }
5548                 pa -= PAGE_SIZE;
5549         }
5550
5551         /*
5552          * Save the page table page in its current state until the PDE
5553          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5554          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5555          */
5556         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5557         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5558             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5559             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5560         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5561             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5562         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5563                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5564                 CTR2(KTR_PMAP,
5565                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5566                     pmap);
5567                 return;
5568         }
5569
5570         /*
5571          * Promote the pv entries.
5572          */
5573         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5574                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5575
5576         /*
5577          * Propagate the PAT index to its proper position.
5578          */
5579         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5580
5581         /*
5582          * Map the superpage.
5583          */
5584         if (workaround_erratum383)
5585                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5586         else
5587                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5588
5589         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5590         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5591             " in pmap %p", va, pmap);
5592 }
5593 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5594
5595 /*
5596  *      Insert the given physical page (p) at
5597  *      the specified virtual address (v) in the
5598  *      target physical map with the protection requested.
5599  *
5600  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5601  *      that the related pte can not be reclaimed.
5602  *
5603  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5604  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5605  *      insert this page into the given map NOW.
5606  *
5607  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5608  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5609  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5610  */
5611 int
5612 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5613     u_int flags, int8_t psind)
5614 {
5615         struct rwlock *lock;
5616         pd_entry_t *pde;
5617         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5618         pt_entry_t newpte, origpte;
5619         pv_entry_t pv;
5620         vm_paddr_t opa, pa;
5621         vm_page_t mpte, om;
5622         int rv;
5623         boolean_t nosleep;
5624
5625         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5626         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5627         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5628         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5629         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5630
5631         va = trunc_page(va);
5632         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5633         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5634             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5635             va));
5636         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5637             va >= kmi.clean_eva,
5638             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5639         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
5640                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
5641         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5642             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5643         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5644         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5645         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
5646                 newpte |= PG_M;
5647         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
5648                 newpte |= PG_RW;
5649         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
5650             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
5651         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5652                 newpte |= pg_nx;
5653         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
5654                 newpte |= PG_W;
5655         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5656                 newpte |= PG_U;
5657         if (pmap == kernel_pmap)
5658                 newpte |= PG_G;
5659         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
5660
5661         /*
5662          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
5663          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
5664          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
5665          */
5666         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
5667                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5668                         newpte |= PG_M;
5669         } else
5670                 newpte |= PG_MANAGED;
5671
5672         lock = NULL;
5673         PMAP_LOCK(pmap);
5674         if (psind == 1) {
5675                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
5676                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
5677                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
5678                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
5679                 goto out;
5680         }
5681         mpte = NULL;
5682
5683         /*
5684          * In the case that a page table page is not
5685          * resident, we are creating it here.
5686          */
5687 retry:
5688         pde = pmap_pde(pmap, va);
5689         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
5690             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
5691                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5692                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
5693                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5694                         mpte->wire_count++;
5695                 }
5696         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5697                 /*
5698                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
5699                  * deallocated.
5700                  */
5701                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
5702                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
5703                     nosleep ? NULL : &lock);
5704                 if (mpte == NULL && nosleep) {
5705                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
5706                         goto out;
5707                 }
5708                 goto retry;
5709         } else
5710                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
5711
5712         origpte = *pte;
5713         pv = NULL;
5714         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
5715                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5716
5717         /*
5718          * Is the specified virtual address already mapped?
5719          */
5720         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5721                 /*
5722                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
5723                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
5724                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
5725                  * the PT page will be also.
5726                  */
5727                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
5728                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5729                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
5730                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5731
5732                 /*
5733                  * Remove the extra PT page reference.
5734                  */
5735                 if (mpte != NULL) {
5736                         mpte->wire_count--;
5737                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
5738                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
5739                              " va: 0x%lx", va));
5740                 }
5741
5742                 /*
5743                  * Has the physical page changed?
5744                  */
5745                 opa = origpte & PG_FRAME;
5746                 if (opa == pa) {
5747                         /*
5748                          * No, might be a protection or wiring change.
5749                          */
5750                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
5751                             (newpte & PG_RW) != 0)
5752                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5753                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
5754                                 goto unchanged;
5755                         goto validate;
5756                 }
5757
5758                 /*
5759                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
5760                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
5761                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
5762                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
5763                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
5764                  * avoiding an allocation.
5765                  *
5766                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
5767                  */
5768                 origpte = pte_load_clear(pte);
5769                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
5770                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5771                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
5772                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
5773
5774                         /*
5775                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
5776                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
5777                          * pmap_ts_referenced().
5778                          */
5779                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5780                                 vm_page_dirty(om);
5781                         if ((origpte & PG_A) != 0)
5782                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
5783                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
5784                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
5785                         KASSERT(pv != NULL,
5786                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
5787                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
5788                                 free_pv_entry(pmap, pv);
5789                         if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5790                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
5791                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5792                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
5793                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
5794                 }
5795                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5796                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5797                 origpte = 0;
5798         } else {
5799                 /*
5800                  * Increment the counters.
5801                  */
5802                 if ((newpte & PG_W) != 0)
5803                         pmap->pm_stats.wired_count++;
5804                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5805         }
5806
5807         /*
5808          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5809          */
5810         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
5811                 if (pv == NULL) {
5812                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
5813                         pv->pv_va = va;
5814                 }
5815                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
5816                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5817                 m->md.pv_gen++;
5818                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
5819                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
5820         }
5821
5822         /*
5823          * Update the PTE.
5824          */
5825         if ((origpte & PG_V) != 0) {
5826 validate:
5827                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
5828                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
5829                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
5830                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
5831                     (PG_M | PG_RW)) {
5832                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
5833                                 vm_page_dirty(m);
5834
5835                         /*
5836                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
5837                          * invalidation may nonetheless be required because
5838                          * the PTE no longer has PG_M set.
5839                          */
5840                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
5841                         /*
5842                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
5843                          */
5844                         goto unchanged;
5845                 }
5846                 if ((origpte & PG_A) != 0)
5847                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5848         } else
5849                 pte_store(pte, newpte);
5850
5851 unchanged:
5852
5853 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5854         /*
5855          * If both the page table page and the reservation are fully
5856          * populated, then attempt promotion.
5857          */
5858         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
5859             pmap_ps_enabled(pmap) &&
5860             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5861             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
5862                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
5863 #endif
5864
5865         rv = KERN_SUCCESS;
5866 out:
5867         if (lock != NULL)
5868                 rw_wunlock(lock);
5869         PMAP_UNLOCK(pmap);
5870         return (rv);
5871 }
5872
5873 /*
5874  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
5875  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
5876  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
5877  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
5878  * PV entry.
5879  */
5880 static bool
5881 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5882     struct rwlock **lockp)
5883 {
5884         pd_entry_t newpde;
5885         pt_entry_t PG_V;
5886
5887         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5888         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5889         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
5890             PG_PS | PG_V;
5891         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5892                 newpde |= PG_MANAGED;
5893         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5894                 newpde |= pg_nx;
5895         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
5896                 newpde |= PG_U;
5897         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
5898             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
5899             KERN_SUCCESS);
5900 }
5901
5902 /*
5903  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
5904  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
5905  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
5906  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
5907  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
5908  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
5909  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
5910  *
5911  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
5912  */
5913 static int
5914 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
5915     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
5916 {
5917         struct spglist free;
5918         pd_entry_t oldpde, *pde;
5919         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
5920         vm_page_t mt, pdpg;
5921
5922         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5923         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5924         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
5925             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
5926         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5927         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5928
5929         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5930             newpde))) {
5931                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
5932                     " in pmap %p", va, pmap);
5933                 return (KERN_FAILURE);
5934         }
5935         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
5936             NULL : lockp)) == NULL) {
5937                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5938                     " in pmap %p", va, pmap);
5939                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5940         }
5941
5942         /*
5943          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
5944          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
5945          * it could sleep.
5946          */
5947         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
5948                 SLIST_INIT(&free);
5949                 if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5950                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5951                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5952                 }
5953                 return (KERN_FAILURE);
5954         }
5955         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
5956                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
5957                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
5958         }
5959
5960         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5961         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
5962         oldpde = *pde;
5963         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
5964                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
5965                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
5966                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
5967                         pdpg->wire_count--;
5968                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5969                             " in pmap %p", va, pmap);
5970                         return (KERN_FAILURE);
5971                 }
5972                 /* Break the existing mapping(s). */
5973                 SLIST_INIT(&free);
5974                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5975                         /*
5976                          * The reference to the PD page that was acquired by
5977                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
5978                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
5979                          * a reserved PT page could be freed.
5980                          */
5981                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
5982                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
5983                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
5984                 } else {
5985                         pmap_delayed_invl_start();
5986                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
5987                             lockp))
5988                                pmap_invalidate_all(pmap);
5989                         pmap_delayed_invl_finish();
5990                 }
5991                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5992                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5993                         /*
5994                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
5995                          * leave the kernel page table page zero filled.
5996                          */
5997                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5998                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
5999                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6000                 } else
6001                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6002                             pde));
6003         }
6004         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6005                 /*
6006                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6007                  */
6008                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6009                         SLIST_INIT(&free);
6010                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
6011                                 /*
6012                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6013                                  * structure caches could nonetheless have
6014                                  * entries that refer to the freed page table
6015                                  * pages.  Invalidate those entries.
6016                                  */
6017                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6018                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6019                         }
6020                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6021                             " in pmap %p", va, pmap);
6022                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6023                 }
6024                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6025                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6026                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6027                 }
6028         }
6029
6030         /*
6031          * Increment counters.
6032          */
6033         if ((newpde & PG_W) != 0)
6034                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6035         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6036
6037         /*
6038          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6039          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6040          */
6041         pde_store(pde, newpde);
6042
6043         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6044         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
6045             " in pmap %p", va, pmap);
6046         return (KERN_SUCCESS);
6047 }
6048
6049 /*
6050  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6051  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6052  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6053  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6054  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6055  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6056  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6057  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6058  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6059  * corresponding offset from m_start are mapped.
6060  */
6061 void
6062 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6063     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6064 {
6065         struct rwlock *lock;
6066         vm_offset_t va;
6067         vm_page_t m, mpte;
6068         vm_pindex_t diff, psize;
6069
6070         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6071
6072         psize = atop(end - start);
6073         mpte = NULL;
6074         m = m_start;
6075         lock = NULL;
6076         PMAP_LOCK(pmap);
6077         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6078                 va = start + ptoa(diff);
6079                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6080                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6081                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6082                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6083                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6084                 else
6085                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6086                             mpte, &lock);
6087                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6088         }
6089         if (lock != NULL)
6090                 rw_wunlock(lock);
6091         PMAP_UNLOCK(pmap);
6092 }
6093
6094 /*
6095  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6096  * 1. Current pmap & pmap exists.
6097  * 2. Not wired.
6098  * 3. Read access.
6099  * 4. No page table pages.
6100  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6101  */
6102
6103 void
6104 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6105 {
6106         struct rwlock *lock;
6107
6108         lock = NULL;
6109         PMAP_LOCK(pmap);
6110         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6111         if (lock != NULL)
6112                 rw_wunlock(lock);
6113         PMAP_UNLOCK(pmap);
6114 }
6115
6116 static vm_page_t
6117 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6118     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6119 {
6120         struct spglist free;
6121         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6122
6123         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6124             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6125             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6126         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6127         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6128
6129         /*
6130          * In the case that a page table page is not
6131          * resident, we are creating it here.
6132          */
6133         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6134                 vm_pindex_t ptepindex;
6135                 pd_entry_t *ptepa;
6136
6137                 /*
6138                  * Calculate pagetable page index
6139                  */
6140                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6141                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6142                         mpte->wire_count++;
6143                 } else {
6144                         /*
6145                          * Get the page directory entry
6146                          */
6147                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6148
6149                         /*
6150                          * If the page table page is mapped, we just increment
6151                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6152                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6153                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6154                          */
6155                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6156                                 if (*ptepa & PG_PS)
6157                                         return (NULL);
6158                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6159                                 mpte->wire_count++;
6160                         } else {
6161                                 /*
6162                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6163                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6164                                  */
6165                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6166                                 if (mpte == NULL)
6167                                         return (mpte);
6168                         }
6169                 }
6170                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6171                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6172         } else {
6173                 mpte = NULL;
6174                 pte = vtopte(va);
6175         }
6176         if (*pte) {
6177                 if (mpte != NULL) {
6178                         mpte->wire_count--;
6179                         mpte = NULL;
6180                 }
6181                 return (mpte);
6182         }
6183
6184         /*
6185          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6186          */
6187         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6188             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6189                 if (mpte != NULL) {
6190                         SLIST_INIT(&free);
6191                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
6192                                 /*
6193                                  * Although "va" is not mapped, paging-
6194                                  * structure caches could nonetheless have
6195                                  * entries that refer to the freed page table
6196                                  * pages.  Invalidate those entries.
6197                                  */
6198                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6199                                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6200                         }
6201                         mpte = NULL;
6202                 }
6203                 return (mpte);
6204         }
6205
6206         /*
6207          * Increment counters
6208          */
6209         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6210
6211         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6212             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6213         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6214                 newpte |= PG_MANAGED;
6215         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6216                 newpte |= pg_nx;
6217         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6218                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6219         pte_store(pte, newpte);
6220         return (mpte);
6221 }
6222
6223 /*
6224  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6225  * to be used for panic dumps.
6226  */
6227 void *
6228 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6229 {
6230         vm_offset_t va;
6231
6232         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6233         pmap_kenter(va, pa);
6234         invlpg(va);
6235         return ((void *)crashdumpmap);
6236 }
6237
6238 /*
6239  * This code maps large physical mmap regions into the
6240  * processor address space.  Note that some shortcuts
6241  * are taken, but the code works.
6242  */
6243 void
6244 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6245     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6246 {
6247         pd_entry_t *pde;
6248         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6249         vm_paddr_t pa, ptepa;
6250         vm_page_t p, pdpg;
6251         int pat_mode;
6252
6253         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6254         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6255         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6256         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6257
6258         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6259         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6260             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6261         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6262                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6263                         return;
6264                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6265                         return;
6266                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6267                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6268                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6269                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6270
6271                 /*
6272                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6273                  * aligned to a 2MB page boundary.
6274                  */
6275                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6276                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6277                         return;
6278
6279                 /*
6280                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6281                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6282                  * memory attributes.
6283                  */
6284                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6285                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6286                     pa += PAGE_SIZE) {
6287                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6288                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6289                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6290                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6291                                 return;
6292                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6293                 }
6294
6295                 /*
6296                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6297                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6298                  * will not affect the termination of this loop.
6299                  */ 
6300                 PMAP_LOCK(pmap);
6301                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6302                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6303                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
6304                         if (pdpg == NULL) {
6305                                 /*
6306                                  * The creation of mappings below is only an
6307                                  * optimization.  If a page directory page
6308                                  * cannot be allocated without blocking,
6309                                  * continue on to the next mapping rather than
6310                                  * blocking.
6311                                  */
6312                                 addr += NBPDR;
6313                                 continue;
6314                         }
6315                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
6316                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6317                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6318                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6319                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6320                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6321                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6322                         } else {
6323                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6324                                 pdpg->wire_count--;
6325                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
6326                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6327                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6328                         }
6329                         addr += NBPDR;
6330                 }
6331                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6332         }
6333 }
6334
6335 /*
6336  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6337  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6338  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6339  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6340  *
6341  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6342  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6343  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6344  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6345  *      function are not needed.
6346  */
6347 void
6348 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6349 {
6350         vm_offset_t va_next;
6351         pml4_entry_t *pml4e;
6352         pdp_entry_t *pdpe;
6353         pd_entry_t *pde;
6354         pt_entry_t *pte, PG_V;
6355
6356         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6357         PMAP_LOCK(pmap);
6358         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6359                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6360                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6361                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6362                         if (va_next < sva)
6363                                 va_next = eva;
6364                         continue;
6365                 }
6366                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6367                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6368                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6369                         if (va_next < sva)
6370                                 va_next = eva;
6371                         continue;
6372                 }
6373                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6374                 if (va_next < sva)
6375                         va_next = eva;
6376                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6377                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6378                         continue;
6379                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6380                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6381                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6382                                     (uintmax_t)*pde);
6383
6384                         /*
6385                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6386                          * demote the mapping and fall through.
6387                          */
6388                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6389                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6390                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6391                                     PAGE_SIZE;
6392                                 continue;
6393                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6394                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6395                 }
6396                 if (va_next > eva)
6397                         va_next = eva;
6398                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6399                     sva += PAGE_SIZE) {
6400                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6401                                 continue;
6402                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6403                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6404                                     (uintmax_t)*pte);
6405
6406                         /*
6407                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6408                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6409                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6410                          */
6411                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6412                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6413                 }
6414         }
6415         PMAP_UNLOCK(pmap);
6416 }
6417
6418 /*
6419  *      Copy the range specified by src_addr/len
6420  *      from the source map to the range dst_addr/len
6421  *      in the destination map.
6422  *
6423  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6424  */
6425
6426 void
6427 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6428     vm_offset_t src_addr)
6429 {
6430         struct rwlock *lock;
6431         struct spglist free;
6432         vm_offset_t addr;
6433         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
6434         vm_offset_t va_next;
6435         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6436         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
6437
6438         if (dst_addr != src_addr)
6439                 return;
6440
6441         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6442                 return;
6443
6444         /*
6445          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6446          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6447          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6448          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6449          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6450          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6451          */
6452         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6453                 return;
6454
6455         lock = NULL;
6456         if (dst_pmap < src_pmap) {
6457                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6458                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6459         } else {
6460                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6461                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6462         }
6463
6464         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6465         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6466         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6467
6468         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6469                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
6470                 pml4_entry_t *pml4e;
6471                 pdp_entry_t *pdpe;
6472                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
6473
6474                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6475                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6476
6477                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6478                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6479                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6480                         if (va_next < addr)
6481                                 va_next = end_addr;
6482                         continue;
6483                 }
6484
6485                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6486                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6487                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6488                         if (va_next < addr)
6489                                 va_next = end_addr;
6490                         continue;
6491                 }
6492
6493                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6494                 if (va_next < addr)
6495                         va_next = end_addr;
6496
6497                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6498                 srcptepaddr = *pde;
6499                 if (srcptepaddr == 0)
6500                         continue;
6501                         
6502                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6503                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6504                                 continue;
6505                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
6506                         if (dst_pdpg == NULL)
6507                                 break;
6508                         pde = (pd_entry_t *)
6509                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
6510                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
6511                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6512                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6513                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6514                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6515                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6516                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6517                         } else
6518                                 dst_pdpg->wire_count--;
6519                         continue;
6520                 }
6521
6522                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6523                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6524                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
6525                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6526
6527                 if (va_next > end_addr)
6528                         va_next = end_addr;
6529
6530                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6531                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6532                 dstmpte = NULL;
6533                 while (addr < va_next) {
6534                         pt_entry_t ptetemp;
6535                         ptetemp = *src_pte;
6536                         /*
6537                          * we only virtual copy managed pages
6538                          */
6539                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
6540                                 if (dstmpte != NULL &&
6541                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
6542                                         dstmpte->wire_count++;
6543                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
6544                                     addr, NULL)) == NULL)
6545                                         goto out;
6546                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
6547                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6548                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6549                                 if (*dst_pte == 0 &&
6550                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6551                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
6552                                     &lock)) {
6553                                         /*
6554                                          * Clear the wired, modified, and
6555                                          * accessed (referenced) bits
6556                                          * during the copy.
6557                                          */
6558                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
6559                                             PG_A);
6560                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6561                                 } else {
6562                                         SLIST_INIT(&free);
6563                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
6564                                             dstmpte, &free)) {
6565                                                 /*
6566                                                  * Although "addr" is not
6567                                                  * mapped, paging-structure
6568                                                  * caches could nonetheless
6569                                                  * have entries that refer to
6570                                                  * the freed page table pages.
6571                                                  * Invalidate those entries.
6572                                                  */
6573                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
6574                                                     addr);
6575                                                 vm_page_free_pages_toq(&free,
6576                                                     true);
6577                                         }
6578                                         goto out;
6579                                 }
6580                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
6581                                         break;
6582                         }
6583                         addr += PAGE_SIZE;
6584                         src_pte++;
6585                 }
6586         }
6587 out:
6588         if (lock != NULL)
6589                 rw_wunlock(lock);
6590         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6591         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6592 }
6593
6594 int
6595 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6596 {
6597         int error;
6598
6599         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6600             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6601             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6602                 return (0);
6603         for (;;) {
6604                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6605                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6606                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6607                 } else {
6608                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6609                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6610                 }
6611                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6612                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6613                 if (error == ENOMEM)
6614                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6615                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6616                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6617                 if (error != ENOMEM)
6618                         break;
6619                 vm_wait(NULL);
6620         }
6621         return (error);
6622 }
6623
6624 /*
6625  * Zero the specified hardware page.
6626  */
6627 void
6628 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6629 {
6630         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6631
6632         pagezero((void *)va);
6633 }
6634
6635 /*
6636  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6637  * cover an area beyond a single hardware page.
6638  */
6639 void
6640 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6641 {
6642         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6643
6644         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6645                 pagezero((void *)va);
6646         else
6647                 bzero((char *)va + off, size);
6648 }
6649
6650 /*
6651  * Copy 1 specified hardware page to another.
6652  */
6653 void
6654 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6655 {
6656         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6657         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6658
6659         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6660 }
6661
6662 int unmapped_buf_allowed = 1;
6663
6664 void
6665 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
6666     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
6667 {
6668         void *a_cp, *b_cp;
6669         vm_page_t pages[2];
6670         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
6671         int cnt;
6672         boolean_t mapped;
6673
6674         while (xfersize > 0) {
6675                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
6676                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
6677                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
6678                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
6679                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
6680                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
6681                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6682                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
6683                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
6684                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
6685                 if (__predict_false(mapped))
6686                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
6687                 a_offset += cnt;
6688                 b_offset += cnt;
6689                 xfersize -= cnt;
6690         }
6691 }
6692
6693 /*
6694  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
6695  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
6696  * be changed upwards or downwards in the future; it
6697  * is only necessary that true be returned for a small
6698  * subset of pmaps for proper page aging.
6699  */
6700 boolean_t
6701 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
6702 {
6703         struct md_page *pvh;
6704         struct rwlock *lock;
6705         pv_entry_t pv;
6706         int loops = 0;
6707         boolean_t rv;
6708
6709         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6710             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
6711         rv = FALSE;
6712         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6713         rw_rlock(lock);
6714         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6715                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6716                         rv = TRUE;
6717                         break;
6718                 }
6719                 loops++;
6720                 if (loops >= 16)
6721                         break;
6722         }
6723         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6724                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6725                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6726                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
6727                                 rv = TRUE;
6728                                 break;
6729                         }
6730                         loops++;
6731                         if (loops >= 16)
6732                                 break;
6733                 }
6734         }
6735         rw_runlock(lock);
6736         return (rv);
6737 }
6738
6739 /*
6740  *      pmap_page_wired_mappings:
6741  *
6742  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
6743  *      that are wired.
6744  */
6745 int
6746 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
6747 {
6748         struct rwlock *lock;
6749         struct md_page *pvh;
6750         pmap_t pmap;
6751         pt_entry_t *pte;
6752         pv_entry_t pv;
6753         int count, md_gen, pvh_gen;
6754
6755         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6756                 return (0);
6757         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6758         rw_rlock(lock);
6759 restart:
6760         count = 0;
6761         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6762                 pmap = PV_PMAP(pv);
6763                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6764                         md_gen = m->md.pv_gen;
6765                         rw_runlock(lock);
6766                         PMAP_LOCK(pmap);
6767                         rw_rlock(lock);
6768                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6769                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6770                                 goto restart;
6771                         }
6772                 }
6773                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6774                 if ((*pte & PG_W) != 0)
6775                         count++;
6776                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6777         }
6778         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6779                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6780                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6781                         pmap = PV_PMAP(pv);
6782                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6783                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6784                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6785                                 rw_runlock(lock);
6786                                 PMAP_LOCK(pmap);
6787                                 rw_rlock(lock);
6788                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6789                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6790                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6791                                         goto restart;
6792                                 }
6793                         }
6794                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6795                         if ((*pte & PG_W) != 0)
6796                                 count++;
6797                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6798                 }
6799         }
6800         rw_runlock(lock);
6801         return (count);
6802 }
6803
6804 /*
6805  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
6806  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
6807  */
6808 boolean_t
6809 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
6810 {
6811         struct rwlock *lock;
6812         boolean_t rv;
6813
6814         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
6815                 return (FALSE);
6816         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6817         rw_rlock(lock);
6818         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
6819             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6820             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
6821         rw_runlock(lock);
6822         return (rv);
6823 }
6824
6825 /*
6826  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
6827  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
6828  * caller.
6829  *
6830  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
6831  * is not intended for general use.  It is only to be used during
6832  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
6833  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
6834  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
6835  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
6836  * have to test and clear the page table entries atomically, because
6837  * no processor is currently accessing the user address space.  In
6838  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
6839  * this function starts.
6840  *
6841  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
6842  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
6843  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
6844  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
6845  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
6846  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
6847  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
6848  * that eventual TLB invalidation.
6849  */
6850 void
6851 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
6852 {
6853         pd_entry_t ptepde;
6854         pt_entry_t *pte, tpte;
6855         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
6856         struct spglist free;
6857         vm_page_t m, mpte, mt;
6858         pv_entry_t pv;
6859         struct md_page *pvh;
6860         struct pv_chunk *pc, *npc;
6861         struct rwlock *lock;
6862         int64_t bit;
6863         uint64_t inuse, bitmask;
6864         int allfree, field, freed, idx;
6865         boolean_t superpage;
6866         vm_paddr_t pa;
6867
6868         /*
6869          * Assert that the given pmap is only active on the current
6870          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
6871          * activating the pmap while this function is executing.
6872          */
6873         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
6874 #ifdef INVARIANTS
6875         {
6876                 cpuset_t other_cpus;
6877
6878                 other_cpus = all_cpus;
6879                 critical_enter();
6880                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
6881                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
6882                 critical_exit();
6883                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
6884         }
6885 #endif
6886
6887         lock = NULL;
6888         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6889         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6890         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6891
6892         SLIST_INIT(&free);
6893         PMAP_LOCK(pmap);
6894         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
6895                 allfree = 1;
6896                 freed = 0;
6897                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
6898                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
6899                         while (inuse != 0) {
6900                                 bit = bsfq(inuse);
6901                                 bitmask = 1UL << bit;
6902                                 idx = field * 64 + bit;
6903                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
6904                                 inuse &= ~bitmask;
6905
6906                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
6907                                 ptepde = *pte;
6908                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
6909                                 tpte = *pte;
6910                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6911                                         superpage = FALSE;
6912                                         ptepde = tpte;
6913                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
6914                                             PG_FRAME);
6915                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
6916                                         tpte = *pte;
6917                                 } else {
6918                                         /*
6919                                          * Keep track whether 'tpte' is a
6920                                          * superpage explicitly instead of
6921                                          * relying on PG_PS being set.
6922                                          *
6923                                          * This is because PG_PS is numerically
6924                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
6925                                          * regular page could be mistaken for
6926                                          * a superpage.
6927                                          */
6928                                         superpage = TRUE;
6929                                 }
6930
6931                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
6932                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
6933                                             pv->pv_va, tpte);
6934                                 }
6935
6936 /*
6937  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
6938  */
6939                                 if (tpte & PG_W) {
6940                                         allfree = 0;
6941                                         continue;
6942                                 }
6943
6944                                 if (superpage)
6945                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
6946                                 else
6947                                         pa = tpte & PG_FRAME;
6948
6949                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
6950                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
6951                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
6952                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
6953                                     (uintmax_t)tpte));
6954
6955                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6956                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6957                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
6958                                     (uintmax_t)tpte));
6959
6960                                 pte_clear(pte);
6961
6962                                 /*
6963                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
6964                                  */
6965                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6966                                         if (superpage) {
6967                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6968                                                         vm_page_dirty(mt);
6969                                         } else
6970                                                 vm_page_dirty(m);
6971                                 }
6972
6973                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
6974
6975                                 /* Mark free */
6976                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
6977                                 if (superpage) {
6978                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6979                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
6980                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6981                                         pvh->pv_gen++;
6982                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
6983                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6984                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6985                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
6986                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
6987                                         }
6988                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
6989                                         if (mpte != NULL) {
6990                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6991                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
6992                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6993                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
6994                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
6995                                                 mpte->wire_count = 0;
6996                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
6997                                         }
6998                                 } else {
6999                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7000                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7001                                         m->md.pv_gen++;
7002                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7003                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7004                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7005                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7006                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7007                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7008                                         }
7009                                 }
7010                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7011                                 freed++;
7012                         }
7013                 }
7014                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7015                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7016                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7017                 if (allfree) {
7018                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7019                         free_pv_chunk(pc);
7020                 }
7021         }
7022         if (lock != NULL)
7023                 rw_wunlock(lock);
7024         pmap_invalidate_all(pmap);
7025         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7026         PMAP_UNLOCK(pmap);
7027         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7028 }
7029
7030 static boolean_t
7031 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7032 {
7033         struct rwlock *lock;
7034         pv_entry_t pv;
7035         struct md_page *pvh;
7036         pt_entry_t *pte, mask;
7037         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7038         pmap_t pmap;
7039         int md_gen, pvh_gen;
7040         boolean_t rv;
7041
7042         rv = FALSE;
7043         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7044         rw_rlock(lock);
7045 restart:
7046         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7047                 pmap = PV_PMAP(pv);
7048                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7049                         md_gen = m->md.pv_gen;
7050                         rw_runlock(lock);
7051                         PMAP_LOCK(pmap);
7052                         rw_rlock(lock);
7053                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7054                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7055                                 goto restart;
7056                         }
7057                 }
7058                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7059                 mask = 0;
7060                 if (modified) {
7061                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7062                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7063                         mask |= PG_RW | PG_M;
7064                 }
7065                 if (accessed) {
7066                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7067                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7068                         mask |= PG_V | PG_A;
7069                 }
7070                 rv = (*pte & mask) == mask;
7071                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7072                 if (rv)
7073                         goto out;
7074         }
7075         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7076                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7077                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7078                         pmap = PV_PMAP(pv);
7079                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7080                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7081                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7082                                 rw_runlock(lock);
7083                                 PMAP_LOCK(pmap);
7084                                 rw_rlock(lock);
7085                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7086                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7087                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7088                                         goto restart;
7089                                 }
7090                         }
7091                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7092                         mask = 0;
7093                         if (modified) {
7094                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7095                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7096                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7097                         }
7098                         if (accessed) {
7099                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7100                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7101                                 mask |= PG_V | PG_A;
7102                         }
7103                         rv = (*pte & mask) == mask;
7104                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7105                         if (rv)
7106                                 goto out;
7107                 }
7108         }
7109 out:
7110         rw_runlock(lock);
7111         return (rv);
7112 }
7113
7114 /*
7115  *      pmap_is_modified:
7116  *
7117  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7118  *      in any physical maps.
7119  */
7120 boolean_t
7121 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7122 {
7123
7124         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7125             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7126
7127         /*
7128          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7129          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
7130          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
7131          */
7132         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7133         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7134                 return (FALSE);
7135         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7136 }
7137
7138 /*
7139  *      pmap_is_prefaultable:
7140  *
7141  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7142  *      for prefault.
7143  */
7144 boolean_t
7145 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7146 {
7147         pd_entry_t *pde;
7148         pt_entry_t *pte, PG_V;
7149         boolean_t rv;
7150
7151         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7152         rv = FALSE;
7153         PMAP_LOCK(pmap);
7154         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7155         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7156                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7157                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7158         }
7159         PMAP_UNLOCK(pmap);
7160         return (rv);
7161 }
7162
7163 /*
7164  *      pmap_is_referenced:
7165  *
7166  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7167  *      in any physical maps.
7168  */
7169 boolean_t
7170 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7171 {
7172
7173         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7174             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7175         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7176 }
7177
7178 /*
7179  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7180  */
7181 void
7182 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7183 {
7184         struct md_page *pvh;
7185         pmap_t pmap;
7186         struct rwlock *lock;
7187         pv_entry_t next_pv, pv;
7188         pd_entry_t *pde;
7189         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7190         vm_offset_t va;
7191         int pvh_gen, md_gen;
7192
7193         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7194             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7195
7196         /*
7197          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
7198          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
7199          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
7200          */
7201         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7202         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7203                 return;
7204         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7205         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7206             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7207 retry_pv_loop:
7208         rw_wlock(lock);
7209         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7210                 pmap = PV_PMAP(pv);
7211                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7212                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7213                         rw_wunlock(lock);
7214                         PMAP_LOCK(pmap);
7215                         rw_wlock(lock);
7216                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7217                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7218                                 rw_wunlock(lock);
7219                                 goto retry_pv_loop;
7220                         }
7221                 }
7222                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7223                 va = pv->pv_va;
7224                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7225                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7226                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7227                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7228                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7229                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7230                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7231         }
7232         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7233                 pmap = PV_PMAP(pv);
7234                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7235                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7236                         md_gen = m->md.pv_gen;
7237                         rw_wunlock(lock);
7238                         PMAP_LOCK(pmap);
7239                         rw_wlock(lock);
7240                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7241                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7242                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7243                                 rw_wunlock(lock);
7244                                 goto retry_pv_loop;
7245                         }
7246                 }
7247                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7248                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7249                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7250                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7251                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7252                     m));
7253                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7254 retry:
7255                 oldpte = *pte;
7256                 if (oldpte & PG_RW) {
7257                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7258                             ~(PG_RW | PG_M)))
7259                                 goto retry;
7260                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7261                                 vm_page_dirty(m);
7262                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7263                 }
7264                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7265         }
7266         rw_wunlock(lock);
7267         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7268         pmap_delayed_invl_wait(m);
7269 }
7270
7271 static __inline boolean_t
7272 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7273 {
7274
7275         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7276                 return (TRUE);
7277
7278         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7279
7280         /*
7281          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7282          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7283          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7284          */
7285         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7286                 return (FALSE);
7287
7288         /*
7289          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7290          */
7291         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7292             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7293                 return (TRUE);
7294         else
7295                 return (FALSE);
7296 }
7297
7298 /*
7299  *      pmap_ts_referenced:
7300  *
7301  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7302  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7303  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7304  *      reference bits set.
7305  *
7306  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7307  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7308  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7309  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7310  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7311  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7312  *      to pmap_is_modified().
7313  *
7314  *      A DI block is not needed within this function, because
7315  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7316  *      released.
7317  */
7318 int
7319 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7320 {
7321         struct md_page *pvh;
7322         pv_entry_t pv, pvf;
7323         pmap_t pmap;
7324         struct rwlock *lock;
7325         pd_entry_t oldpde, *pde;
7326         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7327         vm_offset_t va;
7328         vm_paddr_t pa;
7329         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7330         struct spglist free;
7331         boolean_t demoted;
7332
7333         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7334             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7335         SLIST_INIT(&free);
7336         cleared = 0;
7337         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7338         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7339         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7340         rw_wlock(lock);
7341 retry:
7342         not_cleared = 0;
7343         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7344                 goto small_mappings;
7345         pv = pvf;
7346         do {
7347                 if (pvf == NULL)
7348                         pvf = pv;
7349                 pmap = PV_PMAP(pv);
7350                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7351                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7352                         rw_wunlock(lock);
7353                         PMAP_LOCK(pmap);
7354                         rw_wlock(lock);
7355                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7356                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7357                                 goto retry;
7358                         }
7359                 }
7360                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7361                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7362                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7363                 va = pv->pv_va;
7364                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7365                 oldpde = *pde;
7366                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7367                         /*
7368                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7369                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7370                          * we only update the 4KB page under test.
7371                          */
7372                         vm_page_dirty(m);
7373                 }
7374                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7375                         /*
7376                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7377                          * pages, it should not be cleared every time it is
7378                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7379                          * physical page number, the virtual superpage number,
7380                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7381                          * the 512 on which testing the reference bit will
7382                          * result in clearing that reference bit.  This
7383                          * function is designed to avoid the selection of the
7384                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7385                          *
7386                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7387                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7388                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7389                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7390                          * since the superpage is wired, the current state of
7391                          * its reference bit won't affect page replacement.
7392                          */
7393                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7394                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7395                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7396                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7397                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7398                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7399                                         demoted = FALSE;
7400                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7401                                     pv->pv_va, &lock)) {
7402                                         /*
7403                                          * Remove the mapping to a single page
7404                                          * so that a subsequent access may
7405                                          * repromote.  Since the underlying
7406                                          * page table page is fully populated,
7407                                          * this removal never frees a page
7408                                          * table page.
7409                                          */
7410                                         demoted = TRUE;
7411                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7412                                             PG_PS_FRAME);
7413                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7414                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7415                                             NULL, &lock);
7416                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7417                                 } else
7418                                         demoted = TRUE;
7419
7420                                 if (demoted) {
7421                                         /*
7422                                          * The superpage mapping was removed
7423                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7424                                          * longer valid.
7425                                          */
7426                                         if (pvf == pv)
7427                                                 pvf = NULL;
7428                                         pv = NULL;
7429                                 }
7430                                 cleared++;
7431                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7432                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7433                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7434                         } else
7435                                 not_cleared++;
7436                 }
7437                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7438                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7439                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7440                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7441                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7442                         pvh->pv_gen++;
7443                 }
7444                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7445                         goto out;
7446         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7447 small_mappings:
7448         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7449                 goto out;
7450         pv = pvf;
7451         do {
7452                 if (pvf == NULL)
7453                         pvf = pv;
7454                 pmap = PV_PMAP(pv);
7455                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7456                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7457                         md_gen = m->md.pv_gen;
7458                         rw_wunlock(lock);
7459                         PMAP_LOCK(pmap);
7460                         rw_wlock(lock);
7461                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7462                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7463                                 goto retry;
7464                         }
7465                 }
7466                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7467                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7468                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7469                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7470                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7471                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7472                     m));
7473                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7474                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7475                         vm_page_dirty(m);
7476                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7477                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7478                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7479                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7480                                 cleared++;
7481                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7482                                 /*
7483                                  * Wired pages cannot be paged out so
7484                                  * doing accessed bit emulation for
7485                                  * them is wasted effort. We do the
7486                                  * hard work for unwired pages only.
7487                                  */
7488                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7489                                     *pde, &free, &lock);
7490                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7491                                 cleared++;
7492                                 if (pvf == pv)
7493                                         pvf = NULL;
7494                                 pv = NULL;
7495                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7496                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7497                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7498                         } else
7499                                 not_cleared++;
7500                 }
7501                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7502                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7503                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7504                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7505                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7506                         m->md.pv_gen++;
7507                 }
7508         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7509             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7510 out:
7511         rw_wunlock(lock);
7512         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7513         return (cleared + not_cleared);
7514 }
7515
7516 /*
7517  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7518  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7519  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7520  */
7521 void
7522 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7523 {
7524         struct rwlock *lock;
7525         pml4_entry_t *pml4e;
7526         pdp_entry_t *pdpe;
7527         pd_entry_t oldpde, *pde;
7528         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7529         vm_offset_t va, va_next;
7530         vm_page_t m;
7531         bool anychanged;
7532
7533         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7534                 return;
7535
7536         /*
7537          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7538          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7539          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7540          * A/D bit emulation.
7541          */
7542         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7543                 return;
7544
7545         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7546         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7547         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7548         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7549         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7550         anychanged = false;
7551         pmap_delayed_invl_start();
7552         PMAP_LOCK(pmap);
7553         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7554                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7555                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7556                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7557                         if (va_next < sva)
7558                                 va_next = eva;
7559                         continue;
7560                 }
7561                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7562                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7563                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7564                         if (va_next < sva)
7565                                 va_next = eva;
7566                         continue;
7567                 }
7568                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7569                 if (va_next < sva)
7570                         va_next = eva;
7571                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7572                 oldpde = *pde;
7573                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7574                         continue;
7575                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7576                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7577                                 continue;
7578                         lock = NULL;
7579                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7580                                 if (lock != NULL)
7581                                         rw_wunlock(lock);
7582
7583                                 /*
7584                                  * The large page mapping was destroyed.
7585                                  */
7586                                 continue;
7587                         }
7588
7589                         /*
7590                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7591                          * mapping to a single page so that a subsequent
7592                          * access may repromote.  Choosing the last page
7593                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7594                          * generally results in more repromotions.  Since the
7595                          * underlying page table page is fully populated, this
7596                          * removal never frees a page table page.
7597                          */
7598                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7599                                 va = eva;
7600                                 if (va > va_next)
7601                                         va = va_next;
7602                                 va -= PAGE_SIZE;
7603                                 KASSERT(va >= sva,
7604                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7605                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7606                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7607                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7608                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7609                                     &lock);
7610                                 anychanged = true;
7611                         }
7612                         if (lock != NULL)
7613                                 rw_wunlock(lock);
7614                 }
7615                 if (va_next > eva)
7616                         va_next = eva;
7617                 va = va_next;
7618                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7619                     sva += PAGE_SIZE) {
7620                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7621                                 goto maybe_invlrng;
7622                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7623                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7624                                         /*
7625                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7626                                          * can be avoided by making the page
7627                                          * dirty now.
7628                                          */
7629                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7630                                         vm_page_dirty(m);
7631                                 }
7632                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7633                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7634                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7635                         else
7636                                 goto maybe_invlrng;
7637
7638                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7639                                 if (va == va_next)
7640                                         va = sva;
7641                         } else
7642                                 anychanged = true;
7643                         continue;
7644 maybe_invlrng:
7645                         if (va != va_next) {
7646                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7647                                 va = va_next;
7648                         }
7649                 }
7650                 if (va != va_next)
7651                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7652         }
7653         if (anychanged)
7654                 pmap_invalidate_all(pmap);
7655         PMAP_UNLOCK(pmap);
7656         pmap_delayed_invl_finish();
7657 }
7658
7659 /*
7660  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7661  */
7662 void
7663 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7664 {
7665         struct md_page *pvh;
7666         pmap_t pmap;
7667         pv_entry_t next_pv, pv;
7668         pd_entry_t oldpde, *pde;
7669         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
7670         struct rwlock *lock;
7671         vm_offset_t va;
7672         int md_gen, pvh_gen;
7673
7674         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7675             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
7676         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
7677         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
7678             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
7679
7680         /*
7681          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
7682          * If the object containing the page is locked and the page is not
7683          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
7684          */
7685         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
7686                 return;
7687         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7688             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7689         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7690         rw_wlock(lock);
7691 restart:
7692         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7693                 pmap = PV_PMAP(pv);
7694                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7695                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7696                         rw_wunlock(lock);
7697                         PMAP_LOCK(pmap);
7698                         rw_wlock(lock);
7699                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7700                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7701                                 goto restart;
7702                         }
7703                 }
7704                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7705                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7706                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7707                 va = pv->pv_va;
7708                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7709                 oldpde = *pde;
7710                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
7711                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
7712                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7713                                         /*
7714                                          * Write protect the mapping to a
7715                                          * single page so that a subsequent
7716                                          * write access may repromote.
7717                                          */
7718                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7719                                             PG_PS_FRAME);
7720                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7721                                         oldpte = *pte;
7722                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
7723                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
7724                                                     oldpte,
7725                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
7726                                                         oldpte = *pte;
7727                                                 vm_page_dirty(m);
7728                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
7729                                         }
7730                                 }
7731                         }
7732                 }
7733                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7734         }
7735         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7736                 pmap = PV_PMAP(pv);
7737                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7738                         md_gen = m->md.pv_gen;
7739                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7740                         rw_wunlock(lock);
7741                         PMAP_LOCK(pmap);
7742                         rw_wlock(lock);
7743                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7744                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7745                                 goto restart;
7746                         }
7747                 }
7748                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7749                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7750                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7751                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
7752                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
7753                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7754                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7755                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
7756                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7757                 }
7758                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7759         }
7760         rw_wunlock(lock);
7761 }
7762
7763 /*
7764  * Miscellaneous support routines follow
7765  */
7766
7767 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
7768 static __inline void
7769 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
7770 {
7771         u_int opte, npte;
7772
7773         /*
7774          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7775          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7776          */
7777         do {
7778                 opte = *(u_int *)pte;
7779                 npte = opte & ~mask;
7780                 npte |= cache_bits;
7781         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
7782 }
7783
7784 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
7785 static __inline void
7786 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
7787 {
7788         u_int opde, npde;
7789
7790         /*
7791          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
7792          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
7793          */
7794         do {
7795                 opde = *(u_int *)pde;
7796                 npde = opde & ~mask;
7797                 npde |= cache_bits;
7798         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
7799 }
7800
7801 /*
7802  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
7803  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
7804  * routine is intended to be used for mapping device memory,
7805  * NOT real memory.
7806  */
7807 static void *
7808 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
7809 {
7810         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7811         vm_offset_t va, offset;
7812         vm_size_t tmpsize;
7813         int i;
7814
7815         offset = pa & PAGE_MASK;
7816         size = round_page(offset + size);
7817         pa = trunc_page(pa);
7818
7819         if (!pmap_initialized) {
7820                 va = 0;
7821                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7822                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7823                         if (ppim->va == 0) {
7824                                 ppim->pa = pa;
7825                                 ppim->sz = size;
7826                                 ppim->mode = mode;
7827                                 ppim->va = virtual_avail;
7828                                 virtual_avail += size;
7829                                 va = ppim->va;
7830                                 break;
7831                         }
7832                 }
7833                 if (va == 0)
7834                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
7835         } else {
7836                 /*
7837                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
7838                  */
7839                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7840                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7841                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
7842                             (ppim->mode == mode ||
7843                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
7844                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
7845                 }
7846                 /*
7847                  * If the specified range of physical addresses fits within
7848                  * the direct map window, use the direct map.
7849                  */
7850                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
7851                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
7852                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
7853                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7854                                 i = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, flags);
7855                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7856                         } else
7857                                 i = 0;
7858                         if (!i)
7859                                 return ((void *)(va + offset));
7860                 }
7861                 va = kva_alloc(size);
7862                 if (va == 0)
7863                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
7864         }
7865         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
7866                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
7867         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
7868         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
7869                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
7870         return ((void *)(va + offset));
7871 }
7872
7873 void *
7874 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
7875 {
7876
7877         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
7878             MAPDEV_SETATTR));
7879 }
7880
7881 void *
7882 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7883 {
7884
7885         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
7886 }
7887
7888 void *
7889 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7890 {
7891
7892         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
7893             MAPDEV_SETATTR));
7894 }
7895
7896 void *
7897 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
7898 {
7899
7900         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
7901             MAPDEV_FLUSHCACHE));
7902 }
7903
7904 void
7905 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
7906 {
7907         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
7908         vm_offset_t offset;
7909         int i;
7910
7911         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
7912         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
7913                 return;
7914         offset = va & PAGE_MASK;
7915         size = round_page(offset + size);
7916         va = trunc_page(va);
7917         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
7918                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
7919                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
7920                         if (pmap_initialized)
7921                                 return;
7922                         ppim->pa = 0;
7923                         ppim->va = 0;
7924                         ppim->sz = 0;
7925                         ppim->mode = 0;
7926                         if (va + size == virtual_avail)
7927                                 virtual_avail = va;
7928                         return;
7929                 }
7930         }
7931         if (pmap_initialized)
7932                 kva_free(va, size);
7933 }
7934
7935 /*
7936  * Tries to demote a 1GB page mapping.
7937  */
7938 static boolean_t
7939 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
7940 {
7941         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
7942         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
7943         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7944         vm_paddr_t pdpgpa;
7945         vm_page_t pdpg;
7946
7947         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7948         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7949         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7950         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7951
7952         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7953         oldpdpe = *pdpe;
7954         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
7955             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
7956         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
7957             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
7958                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
7959                     " in pmap %p", va, pmap);
7960                 return (FALSE);
7961         }
7962         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
7963         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
7964         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
7965         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
7966             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
7967         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
7968             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
7969         newpde = oldpdpe;
7970
7971         /*
7972          * Initialize the page directory page.
7973          */
7974         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
7975                 *pde = newpde;
7976                 newpde += NBPDR;
7977         }
7978
7979         /*
7980          * Demote the mapping.
7981          */
7982         *pdpe = newpdpe;
7983
7984         /*
7985          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
7986          */
7987         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
7988
7989         pmap_pdpe_demotions++;
7990         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
7991             " in pmap %p", va, pmap);
7992         return (TRUE);
7993 }
7994
7995 /*
7996  * Sets the memory attribute for the specified page.
7997  */
7998 void
7999 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8000 {
8001
8002         m->md.pat_mode = ma;
8003
8004         /*
8005          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8006          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8007          * required for data coherence.
8008          */
8009         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8010             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8011             m->md.pat_mode))
8012                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8013 }
8014
8015 /*
8016  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8017  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8018  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8019  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8020  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8021  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8022  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8023  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8024  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8025  * same physical page have different memory types.
8026  *
8027  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8028  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8029  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8030  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8031  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8032  * virtual address range or the direct map.
8033  */
8034 int
8035 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8036 {
8037         int error;
8038
8039         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8040         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE);
8041         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8042         return (error);
8043 }
8044
8045 static int
8046 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode, int flags)
8047 {
8048         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8049         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8050         pdp_entry_t *pdpe;
8051         pd_entry_t *pde;
8052         pt_entry_t *pte;
8053         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
8054         boolean_t changed;
8055
8056         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8057         base = trunc_page(va);
8058         offset = va & PAGE_MASK;
8059         size = round_page(offset + size);
8060
8061         /*
8062          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8063          * map but excluding the recursive map.
8064          */
8065         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8066                 return (EINVAL);
8067
8068         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
8069         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
8070         changed = FALSE;
8071
8072         /*
8073          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8074          * into 4KB pages if required.
8075          */
8076         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8077                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8078                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
8079                         return (EINVAL);
8080                 if (*pdpe & PG_PS) {
8081                         /*
8082                          * If the current 1GB page already has the required
8083                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8084                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8085                          */
8086                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8087                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8088                                 continue;
8089                         }
8090
8091                         /*
8092                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8093                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8094                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8095                          */
8096                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8097                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8098                                 tmpva += NBPDP;
8099                                 continue;
8100                         }
8101                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8102                                 return (ENOMEM);
8103                 }
8104                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8105                 if (*pde == 0)
8106                         return (EINVAL);
8107                 if (*pde & PG_PS) {
8108                         /*
8109                          * If the current 2MB page already has the required
8110                          * memory type, then we need not demote this page. Just
8111                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8112                          */
8113                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
8114                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8115                                 continue;
8116                         }
8117
8118                         /*
8119                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8120                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8121                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8122                          */
8123                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8124                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8125                                 tmpva += NBPDR;
8126                                 continue;
8127                         }
8128                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8129                                 return (ENOMEM);
8130                 }
8131                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8132                 if (*pte == 0)
8133                         return (EINVAL);
8134                 tmpva += PAGE_SIZE;
8135         }
8136         error = 0;
8137
8138         /*
8139          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8140          * cache mode if required.
8141          */
8142         pa_start = pa_end = 0;
8143         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8144                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8145                 if (*pdpe & PG_PS) {
8146                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8147                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
8148                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8149                                 changed = TRUE;
8150                         }
8151                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8152                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8153                                 if (pa_start == pa_end) {
8154                                         /* Start physical address run. */
8155                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8156                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8157                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8158                                         pa_end += NBPDP;
8159                                 else {
8160                                         /* Run ended, update direct map. */
8161                                         error = pmap_change_attr_locked(
8162                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8163                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8164                                         if (error != 0)
8165                                                 break;
8166                                         /* Start physical address run. */
8167                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8168                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8169                                 }
8170                         }
8171                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8172                         continue;
8173                 }
8174                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8175                 if (*pde & PG_PS) {
8176                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
8177                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
8178                                     X86_PG_PDE_CACHE);
8179                                 changed = TRUE;
8180                         }
8181                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8182                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8183                                 if (pa_start == pa_end) {
8184                                         /* Start physical address run. */
8185                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8186                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8187                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8188                                         pa_end += NBPDR;
8189                                 else {
8190                                         /* Run ended, update direct map. */
8191                                         error = pmap_change_attr_locked(
8192                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8193                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8194                                         if (error != 0)
8195                                                 break;
8196                                         /* Start physical address run. */
8197                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8198                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8199                                 }
8200                         }
8201                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8202                 } else {
8203                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8204                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
8205                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
8206                                     X86_PG_PTE_CACHE);
8207                                 changed = TRUE;
8208                         }
8209                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8210                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8211                                 if (pa_start == pa_end) {
8212                                         /* Start physical address run. */
8213                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8214                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8215                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8216                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8217                                 else {
8218                                         /* Run ended, update direct map. */
8219                                         error = pmap_change_attr_locked(
8220                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8221                                             pa_end - pa_start, mode, flags);
8222                                         if (error != 0)
8223                                                 break;
8224                                         /* Start physical address run. */
8225                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8226                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8227                                 }
8228                         }
8229                         tmpva += PAGE_SIZE;
8230                 }
8231         }
8232         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8233                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8234                 if (pa_start != pa_end1)
8235                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8236                             pa_end1 - pa_start, mode, flags);
8237         }
8238
8239         /*
8240          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8241          * shouldn't be, etc.
8242          */
8243         if (changed) {
8244                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8245                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8246                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8247         }
8248         return (error);
8249 }
8250
8251 /*
8252  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8253  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8254  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8255  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8256  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8257  */
8258 void
8259 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8260 {
8261         pdp_entry_t *pdpe;
8262         pd_entry_t *pde;
8263         vm_offset_t va;
8264         boolean_t changed;
8265
8266         if (len == 0)
8267                 return;
8268         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8269         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8270             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8271         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8272                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8273                 changed = FALSE;
8274                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8275                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8276                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8277                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8278                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8279                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8280                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8281                         changed = TRUE;
8282                 }
8283                 if (len < NBPDR) {
8284                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8285                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8286                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8287                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8288                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8289                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8290                                 changed = TRUE;
8291                         }
8292                 }
8293                 if (changed && invalidate)
8294                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8295                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8296         }
8297 }
8298
8299 /*
8300  * perform the pmap work for mincore
8301  */
8302 int
8303 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
8304 {
8305         pd_entry_t *pdep;
8306         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8307         vm_paddr_t pa;
8308         int val;
8309
8310         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8311         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8312         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8313         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8314
8315         PMAP_LOCK(pmap);
8316 retry:
8317         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8318         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8319                 if (*pdep & PG_PS) {
8320                         pte = *pdep;
8321                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8322                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8323                             PG_FRAME;
8324                         val = MINCORE_SUPER;
8325                 } else {
8326                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8327                         pa = pte & PG_FRAME;
8328                         val = 0;
8329                 }
8330         } else {
8331                 pte = 0;
8332                 pa = 0;
8333                 val = 0;
8334         }
8335         if ((pte & PG_V) != 0) {
8336                 val |= MINCORE_INCORE;
8337                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8338                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8339                 if ((pte & PG_A) != 0)
8340                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8341         }
8342         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8343             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8344             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8345                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
8346                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
8347                         goto retry;
8348         } else
8349                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
8350         PMAP_UNLOCK(pmap);
8351         return (val);
8352 }
8353
8354 static uint64_t
8355 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8356 {
8357         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8358
8359         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8360         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8361         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8362                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8363         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8364                 return (CR3_PCID_SAVE);
8365         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8366         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8367             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8368             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8369         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8370             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8371                 new_gen = gen + 1;
8372                 if (new_gen == 0)
8373                         new_gen = 1;
8374                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8375                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8376         } else {
8377                 new_gen = gen;
8378         }
8379         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8380         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8381         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8382         return (0);
8383 }
8384
8385 static uint64_t
8386 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8387 {
8388         uint64_t cached;
8389
8390         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8391         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8392             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8393             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8394         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8395             pmap == kernel_pmap,
8396             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8397             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8398         return (cached);
8399 }
8400
8401 static void
8402 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8403 {
8404
8405         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8406             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_pcb;
8407 }
8408
8409 static void inline
8410 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8411 {
8412         struct invpcid_descr d;
8413         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8414
8415         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8416         cr3 = rcr3();
8417         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8418                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8419         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8420         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8421         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8422             PMAP_PCID_USER_PT;
8423
8424         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8425                 /*
8426                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8427                  * user page table.  They are not automatically
8428                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8429                  * pointer above.
8430                  *
8431                  * Note that the if() condition is resolved statically
8432                  * by using the function argument instead of
8433                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8434                  */
8435                 if (invpcid_works1) {
8436                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8437                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8438                         d.pad = 0;
8439                         d.addr = 0;
8440                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8441                 } else {
8442                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8443                 }
8444         }
8445
8446         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8447         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8448         if (cached)
8449                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8450 }
8451
8452 static void
8453 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8454 {
8455
8456         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8457         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8458 }
8459
8460 static void
8461 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8462     u_int cpuid)
8463 {
8464         register_t rflags;
8465
8466         /*
8467          * If the INVPCID instruction is not available,
8468          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8469          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8470          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8471          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8472          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8473          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8474          * which leaves stale TLB entries.
8475          *
8476          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8477          * the context switch, is immune to this race, because
8478          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8479          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8480          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8481          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8482          */
8483         rflags = intr_disable();
8484         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8485         intr_restore(rflags);
8486         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8487 }
8488
8489 static void
8490 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8491     u_int cpuid)
8492 {
8493         uint64_t cached, cr3;
8494
8495         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8496         cr3 = rcr3();
8497         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8498                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8499                     cached);
8500         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8501         if (cached)
8502                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8503 }
8504
8505 static void
8506 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8507     u_int cpuid)
8508 {
8509         register_t rflags;
8510
8511         rflags = intr_disable();
8512         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8513         intr_restore(rflags);
8514 }
8515
8516 static void
8517 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8518     u_int cpuid __unused)
8519 {
8520
8521         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8522         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8523 }
8524
8525 static void
8526 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8527     u_int cpuid __unused)
8528 {
8529
8530         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8531         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8532         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8533         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8534 }
8535
8536 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8537     u_int), static)
8538 {
8539
8540         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8541                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8542         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8543                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8544         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8545                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8546         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8547                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8548         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8549                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8550         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8551                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8552 }
8553
8554 void
8555 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8556 {
8557         pmap_t oldpmap, pmap;
8558         u_int cpuid;
8559
8560         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8561         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8562         if (oldpmap == pmap)
8563                 return;
8564         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8565 #ifdef SMP
8566         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8567 #else
8568         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8569 #endif
8570         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8571 #ifdef SMP
8572         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8573 #else
8574         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8575 #endif
8576 }
8577
8578 void
8579 pmap_activate(struct thread *td)
8580 {
8581
8582         critical_enter();
8583         pmap_activate_sw(td);
8584         critical_exit();
8585 }
8586
8587 void
8588 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8589 {
8590         uint64_t kcr3;
8591         u_int cpuid;
8592
8593         /*
8594          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8595          * by never activating it at all.
8596          */
8597         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8598
8599         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8600 #ifdef SMP
8601         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8602 #else
8603         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8604 #endif
8605         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8606         if (pti) {
8607                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8608                 if (pmap_pcid_enabled)
8609                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8610         } else {
8611                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8612         }
8613         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8614         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8615 }
8616
8617 void
8618 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8619 {
8620 }
8621
8622 /*
8623  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8624  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8625  */
8626 void
8627 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8628     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8629 {
8630         vm_offset_t superpage_offset;
8631
8632         if (size < NBPDR)
8633                 return;
8634         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8635                 offset += ptoa(object->pg_color);
8636         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8637         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8638             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8639                 return;
8640         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8641                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8642         else
8643                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8644 }
8645
8646 #ifdef INVARIANTS
8647 static unsigned long num_dirty_emulations;
8648 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
8649              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
8650
8651 static unsigned long num_accessed_emulations;
8652 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8653              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
8654
8655 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
8656 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
8657              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
8658
8659 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
8660 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
8661              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
8662 #endif  /* INVARIANTS */
8663
8664 int
8665 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
8666 {
8667         int rv;
8668         struct rwlock *lock;
8669 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8670         vm_page_t m, mpte;
8671 #endif
8672         pd_entry_t *pde;
8673         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8674
8675         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
8676             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
8677
8678         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8679                 return (-1);
8680
8681         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8682         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8683         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8684         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8685
8686         rv = -1;
8687         lock = NULL;
8688         PMAP_LOCK(pmap);
8689
8690         pde = pmap_pde(pmap, va);
8691         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
8692                 goto done;
8693
8694         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8695                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
8696 #ifdef INVARIANTS
8697                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
8698 #endif
8699                         *pde |= PG_A;
8700                         rv = 0;
8701                 }
8702                 goto done;
8703         }
8704
8705         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8706         if ((*pte & PG_V) == 0)
8707                 goto done;
8708
8709         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
8710                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
8711                         goto done;
8712                 /*
8713                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
8714                  *
8715                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
8716                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
8717                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
8718                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
8719                  * and PG_M simultaneously.
8720                  */
8721                 *pte |= PG_M | PG_A;
8722         } else {
8723                 *pte |= PG_A;
8724         }
8725
8726 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
8727         /* try to promote the mapping */
8728         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
8729                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
8730         else
8731                 mpte = NULL;
8732
8733         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8734
8735         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
8736             pmap_ps_enabled(pmap) &&
8737             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8738             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
8739                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
8740 #ifdef INVARIANTS
8741                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
8742 #endif
8743         }
8744 #endif
8745
8746 #ifdef INVARIANTS
8747         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
8748                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
8749         else
8750                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
8751 #endif
8752         rv = 0;         /* success */
8753 done:
8754         if (lock != NULL)
8755                 rw_wunlock(lock);
8756         PMAP_UNLOCK(pmap);
8757         return (rv);
8758 }
8759
8760 void
8761 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
8762 {
8763         pml4_entry_t *pml4;
8764         pdp_entry_t *pdp;
8765         pd_entry_t *pde;
8766         pt_entry_t *pte, PG_V;
8767         int idx;
8768
8769         idx = 0;
8770         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8771         PMAP_LOCK(pmap);
8772
8773         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8774         ptr[idx++] = *pml4;
8775         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
8776                 goto done;
8777
8778         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8779         ptr[idx++] = *pdp;
8780         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
8781                 goto done;
8782
8783         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8784         ptr[idx++] = *pde;
8785         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
8786                 goto done;
8787
8788         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8789         ptr[idx++] = *pte;
8790
8791 done:
8792         PMAP_UNLOCK(pmap);
8793         *num = idx;
8794 }
8795
8796 /**
8797  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
8798  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
8799  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
8800  *
8801  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
8802  *                    address on the kernel memory map.
8803  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
8804  *                    of the pages passed in the page parameter.
8805  * \param count       Number of pages passed in.
8806  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
8807  *                    page faults, FALSE otherwise.
8808  *
8809  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
8810  *          finished or FALSE otherwise.
8811  *
8812  */
8813 boolean_t
8814 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8815     boolean_t can_fault)
8816 {
8817         vm_paddr_t paddr;
8818         boolean_t needs_mapping;
8819         pt_entry_t *pte;
8820         int cache_bits, error __unused, i;
8821
8822         /*
8823          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
8824          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
8825          */
8826         needs_mapping = FALSE;
8827         for (i = 0; i < count; i++) {
8828                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8829                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
8830                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
8831                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
8832                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
8833                         needs_mapping = TRUE;
8834                 } else {
8835                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
8836                 }
8837         }
8838
8839         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
8840         if (!needs_mapping)
8841                 return (FALSE);
8842
8843         /*
8844          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
8845          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
8846          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
8847          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
8848          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
8849          * after modifying the PTE bits is crucial.
8850          */
8851         if (!can_fault)
8852                 sched_pin();
8853         for (i = 0; i < count; i++) {
8854                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8855                 if (paddr >= dmaplimit) {
8856                         if (can_fault) {
8857                                 /*
8858                                  * Slow path, since we can get page faults
8859                                  * while mappings are active don't pin the
8860                                  * thread to the CPU and instead add a global
8861                                  * mapping visible to all CPUs.
8862                                  */
8863                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
8864                         } else {
8865                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
8866                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
8867                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
8868                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
8869                                     cache_bits);
8870                                 invlpg(vaddr[i]);
8871                         }
8872                 }
8873         }
8874
8875         return (needs_mapping);
8876 }
8877
8878 void
8879 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
8880     boolean_t can_fault)
8881 {
8882         vm_paddr_t paddr;
8883         int i;
8884
8885         if (!can_fault)
8886                 sched_unpin();
8887         for (i = 0; i < count; i++) {
8888                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
8889                 if (paddr >= dmaplimit) {
8890                         if (can_fault)
8891                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
8892                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
8893                 }
8894         }
8895 }
8896
8897 vm_offset_t
8898 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
8899 {
8900         vm_paddr_t paddr;
8901
8902         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8903         if (paddr < dmaplimit)
8904                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
8905         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
8906         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
8907         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
8908             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
8909         return (qframe);
8910 }
8911
8912 void
8913 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
8914 {
8915
8916         if (addr != qframe)
8917                 return;
8918         pte_store(vtopte(qframe), 0);
8919         invlpg(qframe);
8920         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
8921 }
8922
8923 /*
8924  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
8925  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
8926  * initialization time, and their wire count is permanently set to
8927  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
8928  * each allocated pmap.
8929  *
8930  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
8931  * pages.  They are dynamically allocated, and their wire count
8932  * represents the number of valid entries within the page.
8933  */
8934 static vm_page_t
8935 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
8936 {
8937         vm_page_t m;
8938
8939         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
8940             VM_ALLOC_ZERO);
8941         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
8942                 pmap_zero_page(m);
8943         return (m);
8944 }
8945
8946 static vm_page_t
8947 pmap_large_map_getptp(void)
8948 {
8949         vm_page_t m;
8950
8951         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8952         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
8953         if (m == NULL) {
8954                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8955                 vm_wait(NULL);
8956                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8957                 /* Callers retry. */
8958         }
8959         return (m);
8960 }
8961
8962 static pdp_entry_t *
8963 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
8964 {
8965         vm_pindex_t pml4_idx;
8966         vm_paddr_t mphys;
8967
8968         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
8969         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
8970             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
8971             "%#jx lm_ents %d",
8972             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8973         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
8974             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
8975             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
8976             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
8977         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
8978         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
8979 }
8980
8981 static pd_entry_t *
8982 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
8983 {
8984         pdp_entry_t *pdpe;
8985         vm_page_t m;
8986         vm_paddr_t mphys;
8987
8988 retry:
8989         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
8990         if (*pdpe == 0) {
8991                 m = pmap_large_map_getptp();
8992                 if (m == NULL)
8993                         goto retry;
8994                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8995                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
8996         } else {
8997                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
8998                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
8999         }
9000         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9001 }
9002
9003 static pt_entry_t *
9004 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9005 {
9006         pd_entry_t *pde;
9007         vm_page_t m;
9008         vm_paddr_t mphys;
9009
9010 retry:
9011         pde = pmap_large_map_pde(va);
9012         if (*pde == 0) {
9013                 m = pmap_large_map_getptp();
9014                 if (m == NULL)
9015                         goto retry;
9016                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9017                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9018                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->wire_count++;
9019         } else {
9020                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9021                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9022         }
9023         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9024 }
9025
9026 static vm_paddr_t
9027 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9028 {
9029         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9030         pd_entry_t *pde, pd;
9031         pt_entry_t *pte, pt;
9032
9033         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9034             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9035         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9036         pdp = *pdpe;
9037         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9038             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9039             (u_long)pdpe, pdp));
9040         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9041                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9042                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9043                     (u_long)pdpe, pdp));
9044                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9045         }
9046         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9047         pd = *pde;
9048         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9049             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9050         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9051                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9052         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9053         pt = *pte;
9054         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9055             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9056         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9057 }
9058
9059 static int
9060 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9061     vmem_addr_t *vmem_res)
9062 {
9063
9064         /*
9065          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9066          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9067          * freed.
9068          */
9069         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9070             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9071 }
9072
9073 int
9074 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9075     vm_memattr_t mattr)
9076 {
9077         pdp_entry_t *pdpe;
9078         pd_entry_t *pde;
9079         pt_entry_t *pte;
9080         vm_offset_t va, inc;
9081         vmem_addr_t vmem_res;
9082         vm_paddr_t pa;
9083         int error;
9084
9085         if (len == 0 || spa + len < spa)
9086                 return (EINVAL);
9087
9088         /* See if DMAP can serve. */
9089         if (spa + len <= dmaplimit) {
9090                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9091                 *addr = (void *)va;
9092                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9093         }
9094
9095         /*
9096          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9097          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9098          * failed.
9099          */
9100         error = ENOMEM;
9101         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9102             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9103                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9104                     &vmem_res);
9105         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9106             NBPDR) + NBPDR)
9107                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9108                     &vmem_res);
9109         if (error != 0)
9110                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9111         if (error != 0)
9112                 return (error);
9113
9114         /*
9115          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9116          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9117          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9118          */
9119         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9120         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9121             len -= inc) {
9122                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9123                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9124                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9125                         MPASS(*pdpe == 0);
9126                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9127                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9128                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9129                         inc = NBPDP;
9130                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9131                     (va & PDRMASK) == 0) {
9132                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9133                         MPASS(*pde == 0);
9134                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9135                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9136                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9137                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9138                             wire_count++;
9139                         inc = NBPDR;
9140                 } else {
9141                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9142                         MPASS(*pte == 0);
9143                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9144                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9145                             mattr, FALSE);
9146                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9147                             wire_count++;
9148                         inc = PAGE_SIZE;
9149                 }
9150         }
9151         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9152         MPASS(len == 0);
9153
9154         *addr = (void *)vmem_res;
9155         return (0);
9156 }
9157
9158 void
9159 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9160 {
9161         vm_offset_t sva, va;
9162         vm_size_t inc;
9163         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9164         pd_entry_t *pde, pd;
9165         pt_entry_t *pte;
9166         vm_page_t m;
9167         struct spglist spgf;
9168
9169         sva = (vm_offset_t)svaa;
9170         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9171             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9172                 return;
9173
9174         SLIST_INIT(&spgf);
9175         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9176             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9177             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9178         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9179         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9180                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9181                 pdp = *pdpe;
9182                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9183                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9184                     (u_long)pdpe, pdp));
9185                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9186                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9187                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9188                             (u_long)pdpe, pdp));
9189                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9190                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9191                             (u_long)pdpe, pdp));
9192                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9193                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9194                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9195                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9196                         *pdpe = 0;
9197                         inc = NBPDP;
9198                         continue;
9199                 }
9200                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9201                 pd = *pde;
9202                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9203                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9204                     (u_long)pde, pd));
9205                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9206                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9207                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9208                             (u_long)pde, pd));
9209                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9210                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9211                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9212                             pd, len));
9213                         pde_store(pde, 0);
9214                         inc = NBPDR;
9215                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9216                         m->wire_count--;
9217                         if (m->wire_count == 0) {
9218                                 *pdpe = 0;
9219                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9220                         }
9221                         continue;
9222                 }
9223                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9224                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9225                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9226                     (u_long)pte, *pte));
9227                 pte_clear(pte);
9228                 inc = PAGE_SIZE;
9229                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9230                 m->wire_count--;
9231                 if (m->wire_count == 0) {
9232                         *pde = 0;
9233                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9234                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9235                         m->wire_count--;
9236                         if (m->wire_count == 0) {
9237                                 *pdpe = 0;
9238                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9239                         }
9240                 }
9241         }
9242         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9243         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9244         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9245         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9246 }
9247
9248 static void
9249 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9250 {
9251
9252         mfence();
9253 }
9254
9255 static void
9256 pmap_large_map_wb_fence_sfence(void)
9257 {
9258
9259         sfence();
9260 }
9261
9262 static void
9263 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9264 {
9265 }
9266
9267 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void), static)
9268 {
9269
9270         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9271                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9272         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9273             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9274                 return (pmap_large_map_wb_fence_sfence);
9275         else
9276                 /* clflush is strongly enough ordered */
9277                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9278 }
9279
9280 static void
9281 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9282 {
9283
9284         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9285             va += cpu_clflush_line_size)
9286                 clwb(va);
9287 }
9288
9289 static void
9290 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9291 {
9292
9293         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9294             va += cpu_clflush_line_size)
9295                 clflushopt(va);
9296 }
9297
9298 static void
9299 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9300 {
9301
9302         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9303             va += cpu_clflush_line_size)
9304                 clflush(va);
9305 }
9306
9307 static void
9308 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9309 {
9310 }
9311
9312 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t),
9313     static)
9314 {
9315
9316         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9317                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9318         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9319                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9320         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9321                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9322         else
9323                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9324 }
9325
9326 static void
9327 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9328 {
9329         volatile u_long *pe;
9330         u_long p;
9331         vm_offset_t va;
9332         vm_size_t inc;
9333         bool seen_other;
9334
9335         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9336                 inc = 0;
9337                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9338                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9339                         p = *pe;
9340                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9341                                 inc = NBPDP;
9342                 }
9343                 if (inc == 0) {
9344                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9345                         p = *pe;
9346                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9347                                 inc = NBPDR;
9348                 }
9349                 if (inc == 0) {
9350                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9351                         p = *pe;
9352                         inc = PAGE_SIZE;
9353                 }
9354                 seen_other = false;
9355                 for (;;) {
9356                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9357                                 /*
9358                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9359                                  * write-back.
9360                                  */
9361                                 cpu_spinwait();
9362                                 p = *pe;
9363
9364                                 /*
9365                                  * If we saw other write-back
9366                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9367                                  * indicate state of the cache.  The
9368                                  * PG_M bit is cleared before the
9369                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9370                                  * and writes which are relevant for
9371                                  * us might happen after.
9372                                  */
9373                                 seen_other = true;
9374                                 continue;
9375                         }
9376
9377                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9378                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9379                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9380                                         /*
9381                                          * If we saw PG_M without
9382                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9383                                          * next attempt we do not
9384                                          * observe either PG_M or
9385                                          * PG_AVAIL1, the other
9386                                          * write-back started after us
9387                                          * and finished before us.  We
9388                                          * can rely on it doing our
9389                                          * work.
9390                                          */
9391                                         continue;
9392                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9393                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9394                         }
9395                         break;
9396                 }
9397                 maybe_yield();
9398         }
9399 }
9400
9401 /*
9402  * Write-back cache lines for the given address range.
9403  *
9404  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9405  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9406  *
9407  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9408  * instructions support.
9409  */
9410 void
9411 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9412 {
9413         vm_offset_t eva, sva;
9414
9415         sva = (vm_offset_t)svap;
9416         eva = sva + len;
9417         pmap_large_map_wb_fence();
9418         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9419                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9420         } else {
9421                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9422                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9423                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9424                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9425         }
9426         pmap_large_map_wb_fence();
9427 }
9428
9429 static vm_page_t
9430 pmap_pti_alloc_page(void)
9431 {
9432         vm_page_t m;
9433
9434         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9435         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9436             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9437         return (m);
9438 }
9439
9440 static bool
9441 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9442 {
9443
9444         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
9445         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9446                 return (false);
9447         vm_page_free_zero(m);
9448         return (true);
9449 }
9450
9451 static void
9452 pmap_pti_init(void)
9453 {
9454         vm_page_t pml4_pg;
9455         pdp_entry_t *pdpe;
9456         vm_offset_t va;
9457         int i;
9458
9459         if (!pti)
9460                 return;
9461         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9462         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9463         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9464         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9465         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9466             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9467                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9468                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9469         }
9470         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9471             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9472         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
9473             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
9474         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9475             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9476         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
9477             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
9478         CPU_FOREACH(i) {
9479                 /* Doublefault stack IST 1 */
9480                 va = common_tss[i].tss_ist1;
9481                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9482                 /* NMI stack IST 2 */
9483                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9484                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9485                 /* MC# stack IST 3 */
9486                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9487                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9488                 /* DB# stack IST 4 */
9489                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9490                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9491         }
9492         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9493             (vm_offset_t)etext, true);
9494         pti_finalized = true;
9495         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9496 }
9497 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9498
9499 static pdp_entry_t *
9500 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9501 {
9502         pml4_entry_t *pml4e;
9503         pdp_entry_t *pdpe;
9504         vm_page_t m;
9505         vm_pindex_t pml4_idx;
9506         vm_paddr_t mphys;
9507
9508         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9509
9510         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9511         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9512         m = NULL;
9513         if (*pml4e == 0) {
9514                 if (pti_finalized)
9515                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9516                 m = pmap_pti_alloc_page();
9517                 if (*pml4e != 0) {
9518                         pmap_pti_free_page(m);
9519                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9520                 } else {
9521                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9522                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9523                 }
9524         } else {
9525                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9526         }
9527         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9528         return (pdpe);
9529 }
9530
9531 static void
9532 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9533 {
9534         vm_page_t m;
9535
9536         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9537         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9538         m->wire_count++;
9539 }
9540
9541 static void
9542 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9543 {
9544         vm_page_t m;
9545
9546         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9547         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9548         MPASS(m->wire_count > 0);
9549         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
9550         pmap_pti_free_page(m);
9551 }
9552
9553 static void
9554 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9555 {
9556         vm_page_t m;
9557         pd_entry_t *pde;
9558
9559         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9560         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9561         MPASS(m->wire_count > 0);
9562         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9563                 pde = pmap_pti_pde(va);
9564                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9565                 *pde = 0;
9566                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9567         }
9568 }
9569
9570 static pd_entry_t *
9571 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9572 {
9573         pdp_entry_t *pdpe;
9574         pd_entry_t *pde;
9575         vm_page_t m;
9576         vm_pindex_t pd_idx;
9577         vm_paddr_t mphys;
9578
9579         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9580
9581         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9582         if (*pdpe == 0) {
9583                 m = pmap_pti_alloc_page();
9584                 if (*pdpe != 0) {
9585                         pmap_pti_free_page(m);
9586                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9587                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9588                 } else {
9589                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9590                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9591                 }
9592         } else {
9593                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9594                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9595         }
9596
9597         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9598         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9599         pde += pd_idx;
9600         return (pde);
9601 }
9602
9603 static pt_entry_t *
9604 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9605 {
9606         pd_entry_t *pde;
9607         pt_entry_t *pte;
9608         vm_page_t m;
9609         vm_paddr_t mphys;
9610
9611         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9612
9613         pde = pmap_pti_pde(va);
9614         if (unwire_pde != NULL) {
9615                 *unwire_pde = true;
9616                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9617         }
9618         if (*pde == 0) {
9619                 m = pmap_pti_alloc_page();
9620                 if (*pde != 0) {
9621                         pmap_pti_free_page(m);
9622                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9623                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9624                 } else {
9625                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9626                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9627                         if (unwire_pde != NULL)
9628                                 *unwire_pde = false;
9629                 }
9630         } else {
9631                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9632                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9633         }
9634
9635         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9636         pte += pmap_pte_index(va);
9637
9638         return (pte);
9639 }
9640
9641 static void
9642 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9643 {
9644         vm_paddr_t pa;
9645         pd_entry_t *pde;
9646         pt_entry_t *pte, ptev;
9647         bool unwire_pde;
9648
9649         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9650
9651         sva = trunc_page(sva);
9652         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9653         eva = round_page(eva);
9654         MPASS(sva < eva);
9655         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
9656                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
9657                 pa = pmap_kextract(sva);
9658                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
9659                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9660                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
9661                 if (*pte == 0) {
9662                         pte_store(pte, ptev);
9663                         pmap_pti_wire_pte(pte);
9664                 } else {
9665                         KASSERT(!pti_finalized,
9666                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
9667                             sva, *pte, ptev));
9668                         KASSERT(*pte == ptev,
9669                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
9670                             sva, *pte, ptev));
9671                 }
9672                 if (unwire_pde) {
9673                         pde = pmap_pti_pde(sva);
9674                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
9675                 }
9676         }
9677 }
9678
9679 void
9680 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9681 {
9682
9683         if (!pti)
9684                 return;
9685         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9686         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
9687         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9688 }
9689
9690 void
9691 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9692 {
9693         pt_entry_t *pte;
9694         vm_offset_t va;
9695
9696         if (!pti)
9697                 return;
9698         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
9699         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
9700         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
9701         MPASS(sva < eva);
9702         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9703         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
9704                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
9705                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9706                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9707                     (u_long)pte, *pte));
9708                 pte_clear(pte);
9709                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
9710         }
9711         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
9712         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9713 }
9714
9715 static void *
9716 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
9717 {
9718         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
9719
9720         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9721         if (new_node == NULL)
9722                 return (NULL);
9723         node = data;
9724         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
9725         return (new_node);
9726 }
9727
9728 static void
9729 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
9730 {
9731
9732         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
9733 }
9734
9735 static int
9736 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9737     int flags)
9738 {
9739         struct pmap_pkru_range *ppr;
9740         int error;
9741
9742         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9743         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9744         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9745         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
9746             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
9747                 return (EBUSY);
9748         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
9749         if (ppr == NULL)
9750                 return (ENOMEM);
9751         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
9752         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
9753         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
9754         if (error != 0)
9755                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
9756         return (error);
9757 }
9758
9759 static int
9760 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9761 {
9762
9763         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9764         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9765         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9766         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
9767 }
9768
9769 static void
9770 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
9771 {
9772
9773         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9774         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9775             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
9776                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
9777 }
9778
9779 static bool
9780 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9781 {
9782         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
9783         vm_offset_t va;
9784
9785         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9786         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9787             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9788             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9789                 return (true);
9790         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
9791         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
9792                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9793                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
9794                         return (false);
9795                 if (ppr == NULL) {
9796                         va += PAGE_SIZE;
9797                         continue;
9798                 }
9799                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
9800                         return (false);
9801                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
9802         }
9803         return (true);
9804 }
9805
9806 static pt_entry_t
9807 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
9808 {
9809         struct pmap_pkru_range *ppr;
9810
9811         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9812         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
9813             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
9814             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
9815                 return (0);
9816         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
9817         if (ppr != NULL)
9818                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
9819         return (0);
9820 }
9821
9822 static bool
9823 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
9824 {
9825         struct pmap_pkru_range *ppr;
9826
9827         ppr = r;
9828         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
9829 }
9830
9831 static void
9832 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9833 {
9834
9835         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9836         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
9837             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
9838                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
9839                     pred_pkru_on_remove);
9840         }
9841 }
9842
9843 static int
9844 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
9845 {
9846
9847         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
9848         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
9849         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
9850         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
9851         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
9852         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
9853                 return (0);
9854         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
9855 }
9856
9857 static void
9858 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9859     u_int keyidx)
9860 {
9861         pml4_entry_t *pml4e;
9862         pdp_entry_t *pdpe;
9863         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
9864         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
9865         vm_offset_t va, va_next;
9866         bool changed;
9867
9868         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
9869         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
9870         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
9871
9872         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
9873                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
9874                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
9875                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
9876                         if (va_next < va)
9877                                 va_next = eva;
9878                         continue;
9879                 }
9880
9881                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
9882                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
9883                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
9884                         if (va_next < va)
9885                                 va_next = eva;
9886                         continue;
9887                 }
9888
9889                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
9890                 if (va_next < va)
9891                         va_next = eva;
9892
9893                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9894                 ptpaddr = *pde;
9895                 if (ptpaddr == 0)
9896                         continue;
9897
9898                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
9899                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
9900                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
9901                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
9902                                     X86_PG_PKU(keyidx);
9903                                 if (newpde != ptpaddr) {
9904                                         *pde = newpde;
9905                                         changed = true;
9906                                 }
9907                                 continue;
9908                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
9909                                 continue;
9910                         }
9911                 }
9912
9913                 if (va_next > eva)
9914                         va_next = eva;
9915
9916                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
9917                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
9918                         pte = *ptep;
9919                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
9920                                 continue;
9921                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
9922                         if (newpte != pte) {
9923                                 *ptep = newpte;
9924                                 changed = true;
9925                         }
9926                 }
9927         }
9928         if (changed)
9929                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
9930 }
9931
9932 static int
9933 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
9934     u_int keyidx, int flags)
9935 {
9936
9937         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
9938             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
9939                 return (EINVAL);
9940         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
9941                 return (EFAULT);
9942         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
9943                 return (ENOTSUP);
9944         return (0);
9945 }
9946
9947 int
9948 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
9949     int flags)
9950 {
9951         int error;
9952
9953         sva = trunc_page(sva);
9954         eva = round_page(eva);
9955         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9956         if (error != 0)
9957                 return (error);
9958         for (;;) {
9959                 PMAP_LOCK(pmap);
9960                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
9961                 if (error == 0)
9962                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
9963                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9964                 if (error != ENOMEM)
9965                         break;
9966                 vm_wait(NULL);
9967         }
9968         return (error);
9969 }
9970
9971 int
9972 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9973 {
9974         int error;
9975
9976         sva = trunc_page(sva);
9977         eva = round_page(eva);
9978         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
9979         if (error != 0)
9980                 return (error);
9981         for (;;) {
9982                 PMAP_LOCK(pmap);
9983                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
9984                 if (error == 0)
9985                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
9986                 PMAP_UNLOCK(pmap);
9987                 if (error != ENOMEM)
9988                         break;
9989                 vm_wait(NULL);
9990         }
9991         return (error);
9992 }
9993
9994 #ifdef DDB
9995 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
9996 {
9997         pmap_t pmap;
9998         pml4_entry_t *pml4;
9999         pdp_entry_t *pdp;
10000         pd_entry_t *pde;
10001         pt_entry_t *pte, PG_V;
10002         vm_offset_t va;
10003
10004         if (!have_addr) {
10005                 db_printf("show pte addr\n");
10006                 return;
10007         }
10008         va = (vm_offset_t)addr;
10009
10010         if (kdb_thread != NULL)
10011                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10012         else
10013                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10014
10015         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10016         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10017         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
10018         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10019                 db_printf("\n");
10020                 return;
10021         }
10022         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10023         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
10024         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10025                 db_printf("\n");
10026                 return;
10027         }
10028         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10029         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
10030         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10031                 db_printf("\n");
10032                 return;
10033         }
10034         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10035         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
10036 }
10037
10038 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10039 {
10040         vm_paddr_t a;
10041
10042         if (have_addr) {
10043                 a = (vm_paddr_t)addr;
10044                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10045         } else {
10046                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10047         }
10048 }
10049 #endif