]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Revis manual pages. [SA-18:08.tcp]
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2014-2018 The FreeBSD Foundation
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  * Portions of this software were developed by
20  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
21  * the FreeBSD Foundation.
22  *
23  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
24  * modification, are permitted provided that the following conditions
25  * are met:
26  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
27  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
28  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
29  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
30  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
31  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
32  *    must display the following acknowledgement:
33  *      This product includes software developed by the University of
34  *      California, Berkeley and its contributors.
35  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
36  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
37  *    without specific prior written permission.
38  *
39  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
40  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
41  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
42  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
43  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
44  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
45  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
46  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
47  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
48  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
49  * SUCH DAMAGE.
50  *
51  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
52  */
53 /*-
54  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
55  * All rights reserved.
56  *
57  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
58  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
59  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
60  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
61  * CHATS research program.
62  *
63  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
64  * modification, are permitted provided that the following conditions
65  * are met:
66  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
67  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
68  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
69  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
70  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
71  *
72  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
73  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
74  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
75  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
76  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
77  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
78  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
79  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
80  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
81  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
82  * SUCH DAMAGE.
83  */
84
85 #define AMD64_NPT_AWARE
86
87 #include <sys/cdefs.h>
88 __FBSDID("$FreeBSD$");
89
90 /*
91  *      Manages physical address maps.
92  *
93  *      Since the information managed by this module is
94  *      also stored by the logical address mapping module,
95  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
96  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
97  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
98  *      requested.
99  *
100  *      In order to cope with hardware architectures which
101  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
102  *      this module may delay invalidate or reduced protection
103  *      operations until such time as they are actually
104  *      necessary.  This module is given full information as
105  *      to which processors are currently using which maps,
106  *      and to when physical maps must be made correct.
107  */
108
109 #include "opt_pmap.h"
110 #include "opt_vm.h"
111
112 #include <sys/param.h>
113 #include <sys/bitstring.h>
114 #include <sys/bus.h>
115 #include <sys/systm.h>
116 #include <sys/kernel.h>
117 #include <sys/ktr.h>
118 #include <sys/lock.h>
119 #include <sys/malloc.h>
120 #include <sys/mman.h>
121 #include <sys/mutex.h>
122 #include <sys/proc.h>
123 #include <sys/rwlock.h>
124 #include <sys/sx.h>
125 #include <sys/turnstile.h>
126 #include <sys/vmem.h>
127 #include <sys/vmmeter.h>
128 #include <sys/sched.h>
129 #include <sys/sysctl.h>
130 #include <sys/smp.h>
131
132 #include <vm/vm.h>
133 #include <vm/vm_param.h>
134 #include <vm/vm_kern.h>
135 #include <vm/vm_page.h>
136 #include <vm/vm_map.h>
137 #include <vm/vm_object.h>
138 #include <vm/vm_extern.h>
139 #include <vm/vm_pageout.h>
140 #include <vm/vm_pager.h>
141 #include <vm/vm_phys.h>
142 #include <vm/vm_radix.h>
143 #include <vm/vm_reserv.h>
144 #include <vm/uma.h>
145
146 #include <machine/intr_machdep.h>
147 #include <x86/apicvar.h>
148 #include <machine/cpu.h>
149 #include <machine/cputypes.h>
150 #include <machine/md_var.h>
151 #include <machine/pcb.h>
152 #include <machine/specialreg.h>
153 #ifdef SMP
154 #include <machine/smp.h>
155 #endif
156 #include <machine/tss.h>
157
158 static __inline boolean_t
159 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
160 {
161
162         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
163 }
164
165 static __inline boolean_t
166 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
167 {
168
169         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
170 }
171
172 static __inline pt_entry_t
173 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
174 {
175         pt_entry_t mask;
176
177         switch (pmap->pm_type) {
178         case PT_X86:
179         case PT_RVI:
180                 mask = X86_PG_V;
181                 break;
182         case PT_EPT:
183                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
184                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
185                 else
186                         mask = EPT_PG_READ;
187                 break;
188         default:
189                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
190         }
191
192         return (mask);
193 }
194
195 static __inline pt_entry_t
196 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
197 {
198         pt_entry_t mask;
199
200         switch (pmap->pm_type) {
201         case PT_X86:
202         case PT_RVI:
203                 mask = X86_PG_RW;
204                 break;
205         case PT_EPT:
206                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
207                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
208                 else
209                         mask = EPT_PG_WRITE;
210                 break;
211         default:
212                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
213         }
214
215         return (mask);
216 }
217
218 static pt_entry_t pg_g;
219
220 static __inline pt_entry_t
221 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
222 {
223         pt_entry_t mask;
224
225         switch (pmap->pm_type) {
226         case PT_X86:
227                 mask = pg_g;
228                 break;
229         case PT_RVI:
230         case PT_EPT:
231                 mask = 0;
232                 break;
233         default:
234                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
235         }
236
237         return (mask);
238 }
239
240 static __inline pt_entry_t
241 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
242 {
243         pt_entry_t mask;
244
245         switch (pmap->pm_type) {
246         case PT_X86:
247         case PT_RVI:
248                 mask = X86_PG_A;
249                 break;
250         case PT_EPT:
251                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
252                         mask = EPT_PG_READ;
253                 else
254                         mask = EPT_PG_A;
255                 break;
256         default:
257                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
258         }
259
260         return (mask);
261 }
262
263 static __inline pt_entry_t
264 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
265 {
266         pt_entry_t mask;
267
268         switch (pmap->pm_type) {
269         case PT_X86:
270         case PT_RVI:
271                 mask = X86_PG_M;
272                 break;
273         case PT_EPT:
274                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
275                         mask = EPT_PG_WRITE;
276                 else
277                         mask = EPT_PG_M;
278                 break;
279         default:
280                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
281         }
282
283         return (mask);
284 }
285
286 extern  struct pcpu __pcpu[];
287
288 #if !defined(DIAGNOSTIC)
289 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
290 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
291 #else
292 #define PMAP_INLINE     extern inline
293 #endif
294 #else
295 #define PMAP_INLINE
296 #endif
297
298 #ifdef PV_STATS
299 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
300 #else
301 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
302 #endif
303
304 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
305 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
306
307 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
308
309 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
310                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
311
312 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
313         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
314         struct rwlock *_new_lock;                       \
315                                                         \
316         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
317         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
318                 if (*_lockp != NULL)                    \
319                         rw_wunlock(*_lockp);            \
320                 *_lockp = _new_lock;                    \
321                 rw_wlock(*_lockp);                      \
322         }                                               \
323 } while (0)
324
325 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
326                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
327
328 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
329         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
330                                                         \
331         if (*_lockp != NULL) {                          \
332                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
333                 *_lockp = NULL;                         \
334         }                                               \
335 } while (0)
336
337 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
338                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
339
340 struct pmap kernel_pmap_store;
341
342 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
343 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
344
345 int nkpt;
346 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
347     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
348
349 static int ndmpdp;
350 vm_paddr_t dmaplimit;
351 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
352 pt_entry_t pg_nx;
353
354 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
355
356 static int pat_works = 1;
357 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
358     "Is page attribute table fully functional?");
359
360 static int pg_ps_enabled = 1;
361 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
362     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
363
364 #define PAT_INDEX_SIZE  8
365 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
366
367 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
368 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
369 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
370 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
371
372 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
373 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
374 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
375
376 /*
377  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
378  */
379 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
380 static struct pmap_preinit_mapping {
381         vm_paddr_t      pa;
382         vm_offset_t     va;
383         vm_size_t       sz;
384         int             mode;
385 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
386 static int pmap_initialized;
387
388 /*
389  * Data for the pv entry allocation mechanism.
390  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv_list_locks[]
391  * elements, but reads are not.
392  */
393 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
394 static struct mtx pv_chunks_mutex;
395 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
396 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
397 static struct md_page *pv_table;
398 static struct md_page pv_dummy;
399
400 /*
401  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
402  */
403 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
404 caddr_t CADDR1 = 0;
405 static vm_offset_t qframe = 0;
406 static struct mtx qframe_mtx;
407
408 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
409
410 int pmap_pcid_enabled = 1;
411 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
412     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
413 int invpcid_works = 0;
414 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
415     "Is the invpcid instruction available ?");
416
417 int pti = 0;
418 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
419     &pti, 0,
420     "Page Table Isolation enabled");
421 static vm_object_t pti_obj;
422 static pml4_entry_t *pti_pml4;
423 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
424 static bool pti_finalized;
425
426 static int
427 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
428 {
429         int i;
430         uint64_t res;
431
432         res = 0;
433         CPU_FOREACH(i) {
434                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
435         }
436         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
437 }
438 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
439     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
440     "Count of saved TLB context on switch");
441
442 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
443     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
444 static struct mtx invl_gen_mtx;
445 static u_long pmap_invl_gen = 0;
446 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
447 static struct lock_object invl_gen_ts = {
448         .lo_name = "invlts",
449 };
450
451 static bool
452 pmap_not_in_di(void)
453 {
454
455         return (curthread->td_md.md_invl_gen.gen == 0);
456 }
457
458 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
459     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
460
461 /*
462  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
463  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
464  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
465  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
466  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
467  * pmap active.
468  */
469 static void
470 pmap_delayed_invl_started(void)
471 {
472         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
473         u_long currgen;
474
475         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
476         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
477         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
478         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
479                 currgen = pmap_invl_gen;
480         else
481                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
482         invl_gen->gen = currgen + 1;
483         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
484         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
485 }
486
487 /*
488  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
489  * required TLB flushes for the pages marked by
490  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
491  * called.
492  *
493  * This function works by bumping the global DI generation number to
494  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
495  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
496  * global DI generation number would incorrectly signal that the
497  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
498  * DI's generation number to match the generation number of the
499  * current thread's DI.
500  */
501 static void
502 pmap_delayed_invl_finished(void)
503 {
504         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
505         struct turnstile *ts;
506
507         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
508         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_started"));
509         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
510         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
511         if (next == NULL) {
512                 turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
513                 ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
514                 pmap_invl_gen = invl_gen->gen;
515                 if (ts != NULL) {
516                         turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
517                         turnstile_unpend(ts, TS_SHARED_LOCK);
518                 }
519                 turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
520         } else {
521                 next->gen = invl_gen->gen;
522         }
523         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
524         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
525         invl_gen->gen = 0;
526 }
527
528 #ifdef PV_STATS
529 static long invl_wait;
530 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
531     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
532 #endif
533
534 static u_long *
535 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
536 {
537
538         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
539 }
540
541 /*
542  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
543  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
544  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
545  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
546  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
547  *
548  * This function works by blocking until the global DI generation
549  * number catches up with the generation number associated with the
550  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
551  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
552  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
553  * processor.
554  */
555 static void
556 pmap_delayed_invl_wait(vm_page_t m)
557 {
558         struct turnstile *ts;
559         u_long *m_gen;
560 #ifdef PV_STATS
561         bool accounted = false;
562 #endif
563
564         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
565         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
566 #ifdef PV_STATS
567                 if (!accounted) {
568                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
569                         accounted = true;
570                 }
571 #endif
572                 ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
573                 if (*m_gen > pmap_invl_gen)
574                         turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
575                 else
576                         turnstile_cancel(ts);
577         }
578 }
579
580 /*
581  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
582  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
583  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
584  * block to complete before proceeding.
585  *
586  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
587  * list to at least the DI generation number of the current thread.
588  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
589  * current thread calls pmap_delayed_invl_finished().
590  */
591 static void
592 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
593 {
594         u_long gen, *m_gen;
595
596         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
597         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
598         if (gen == 0)
599                 return;
600         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
601         if (*m_gen < gen)
602                 *m_gen = gen;
603 }
604
605 /*
606  * Crashdump maps.
607  */
608 static caddr_t crashdumpmap;
609
610 /*
611  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
612  */
613 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
614 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
615
616 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
617 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
618 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
619 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
620 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
621 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
622                     struct rwlock **lockp);
623 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
624                     struct rwlock **lockp);
625 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
626                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
627 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
628 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
629                     struct rwlock **lockp);
630 #endif
631 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
632 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
633                     vm_offset_t va);
634
635 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
636 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
637 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
638     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
639 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
640     vm_offset_t va);
641 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
642                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
643 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
644                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
645 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
646     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
647 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
648 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
649 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
650                     pd_entry_t pde);
651 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
652 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask);
653 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
654 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
655     struct rwlock **lockp);
656 #endif
657 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
658     vm_prot_t prot);
659 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask);
660 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
661     bool exec);
662 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
663 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
664 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
665 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
666     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
667 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
668     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
669 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
670 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
671     struct spglist *free);
672 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
673                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
674                     struct rwlock **lockp);
675 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
676     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
677 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
678     pd_entry_t newpde);
679 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
680
681 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
682                 struct rwlock **lockp);
683 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
684                 struct rwlock **lockp);
685 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
686                 struct rwlock **lockp);
687
688 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
689     struct spglist *free);
690 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
691
692 /********************/
693 /* Inline functions */
694 /********************/
695
696 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
697 static __inline vm_pindex_t
698 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
699 {
700         return (va >> PDRSHIFT);
701 }
702
703
704 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
705 static __inline pml4_entry_t *
706 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
707 {
708
709         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
710 }
711
712 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
713 static __inline pdp_entry_t *
714 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
715 {
716         pdp_entry_t *pdpe;
717
718         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
719         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
720 }
721
722 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
723 static __inline pdp_entry_t *
724 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
725 {
726         pml4_entry_t *pml4e;
727         pt_entry_t PG_V;
728
729         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
730         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
731         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
732                 return (NULL);
733         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
734 }
735
736 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
737 static __inline pd_entry_t *
738 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
739 {
740         pd_entry_t *pde;
741
742         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
743         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
744 }
745
746 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
747 static __inline pd_entry_t *
748 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
749 {
750         pdp_entry_t *pdpe;
751         pt_entry_t PG_V;
752
753         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
754         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
755         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
756                 return (NULL);
757         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
758 }
759
760 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
761 static __inline pt_entry_t *
762 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
763 {
764         pt_entry_t *pte;
765
766         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
767         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
768 }
769
770 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
771 static __inline pt_entry_t *
772 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
773 {
774         pd_entry_t *pde;
775         pt_entry_t PG_V;
776
777         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
778         pde = pmap_pde(pmap, va);
779         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
780                 return (NULL);
781         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
782                 return ((pt_entry_t *)pde);
783         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
784 }
785
786 static __inline void
787 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
788 {
789
790         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
791         pmap->pm_stats.resident_count += count;
792 }
793
794 static __inline void
795 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
796 {
797
798         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
799         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
800             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
801             pmap->pm_stats.resident_count, count));
802         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
803 }
804
805 PMAP_INLINE pt_entry_t *
806 vtopte(vm_offset_t va)
807 {
808         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
809
810         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
811
812         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
813 }
814
815 static __inline pd_entry_t *
816 vtopde(vm_offset_t va)
817 {
818         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
819
820         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
821
822         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
823 }
824
825 static u_int64_t
826 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
827 {
828         u_int64_t ret;
829
830         ret = *firstaddr;
831         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
832         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
833         return (ret);
834 }
835
836 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
837
838 /* number of kernel PDP slots */
839 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
840
841 static void
842 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
843 {
844         int pt_pages;
845         
846 #ifdef NKPT
847         pt_pages = NKPT;
848 #else
849         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
850         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
851
852         /*
853          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
854          * the kernel.
855          *
856          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
857          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
858          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
859          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
860          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
861          * physical memory.
862          *
863          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
864          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
865          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
866          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
867          * not uncommon.
868          */
869         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
870 #endif
871         nkpt = pt_pages;
872 }
873
874 static void
875 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
876 {
877         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
878         pt_entry_t *pt_p;
879         pd_entry_t *pd_p;
880         pdp_entry_t *pdp_p;
881         pml4_entry_t *p4_p;
882
883         /* Allocate page table pages for the direct map */
884         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
885         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
886                 ndmpdp = 4;
887         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
888         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
889                 /*
890                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
891                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
892                  */
893                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
894                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
895                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
896                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
897         }
898         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
899         ndm1g = 0;
900         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
901                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
902         if (ndm1g < ndmpdp)
903                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
904         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
905
906         /* Allocate pages */
907         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
908         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
909
910         /*
911          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
912          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
913          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
914          * build in too much slop in our estimate.
915          *
916          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
917          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
918          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
919          */
920         nkpt_init(*firstaddr);
921         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
922
923         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
924         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
925
926         /* Fill in the underlying page table pages */
927         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
928         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
929         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
930         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
931                 pt_p[i] = ptoa(i) | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g;
932
933         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
934         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
935         for (i = 0; i < nkpt; i++)
936                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
937
938         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
939         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
940         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
941                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS |
942                     pg_g;
943
944         /*
945          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
946          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
947          * virtual address space.
948          */
949         *firstaddr = round_2mpage(*firstaddr);
950
951         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
952         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
953         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
954                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
955
956         /*
957          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
958          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
959          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
960          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
961          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
962          * that are partially used. 
963          */
964         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
965         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
966                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
967                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
968                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
969                     X86_PG_M | X86_PG_A;
970         }
971         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
972         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
973                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
974                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
975                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
976                     X86_PG_M | X86_PG_A;
977         }
978         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
979                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
980                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
981         }
982
983         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
984         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
985         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
986         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
987
988         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
989         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
990                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
991                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
992         }
993
994         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
995         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
996                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
997                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
998         }
999 }
1000
1001 /*
1002  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1003  *
1004  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1005  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1006  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1007  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1008  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1009  *      (physical) address starting relative to 0]
1010  */
1011 void
1012 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1013 {
1014         vm_offset_t va;
1015         pt_entry_t *pte;
1016         int i;
1017
1018         if (!pti)
1019                 pg_g = X86_PG_G;
1020
1021         /*
1022          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1023          */
1024         create_pagetables(firstaddr);
1025
1026         /*
1027          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1028          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1029          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1030          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1031          * addresses to superpage mappings.
1032          */
1033         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1034
1035         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
1036
1037         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1038
1039
1040         /* XXX do %cr0 as well */
1041         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
1042         load_cr3(KPML4phys);
1043         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1044                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
1045
1046         /*
1047          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1048          */
1049         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1050         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1051         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1052         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1053         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1054         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1055         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1056
1057         /*
1058          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1059          */
1060         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1061
1062         /*
1063          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1064          * mapping of pages.
1065          */
1066 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1067         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1068
1069         va = virtual_avail;
1070         pte = vtopte(va);
1071
1072         /*
1073          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1074          * memory test.
1075          */
1076         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1077         CADDR1 = crashdumpmap;
1078
1079         virtual_avail = va;
1080
1081         /*
1082          * Initialize the PAT MSR.
1083          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1084          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1085          * have been created in our pre-boot environment.
1086          */
1087         pmap_init_pat();
1088
1089         /* Initialize TLB Context Id. */
1090         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
1091         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
1092                 /* Check for INVPCID support */
1093                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
1094                     != 0;
1095                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1096                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1097                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1098                 }
1099                 __pcpu[0].pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
1100                 __pcpu[0].pc_pcid_gen = 1;
1101                 /*
1102                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1103                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1104                  * during pcpu setup.
1105                  */
1106                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1107         } else {
1108                 pmap_pcid_enabled = 0;
1109         }
1110 }
1111
1112 /*
1113  * Setup the PAT MSR.
1114  */
1115 void
1116 pmap_init_pat(void)
1117 {
1118         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
1119         uint64_t pat_msr;
1120         u_long cr0, cr4;
1121         int i;
1122
1123         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1124         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1125                 panic("no PAT??");
1126
1127         /* Set default PAT index table. */
1128         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1129                 pat_table[i] = -1;
1130         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1131         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1132         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1133         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
1134         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
1135         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
1136
1137         /* Initialize default PAT entries. */
1138         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1139             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1140             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1141             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1142             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1143             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
1144             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
1145             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1146
1147         if (pat_works) {
1148                 /*
1149                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1150                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
1151                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
1152                  */
1153                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
1154                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1155                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
1156                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
1157                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1158                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1159         } else {
1160                 /*
1161                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
1162                  */
1163                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
1164                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
1165                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
1166         }
1167
1168         /* Disable PGE. */
1169         cr4 = rcr4();
1170         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1171
1172         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1173         cr0 = rcr0();
1174         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1175
1176         /* Flushes caches and TLBs. */
1177         wbinvd();
1178         invltlb();
1179
1180         /* Update PAT and index table. */
1181         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1182         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1183                 pat_index[i] = pat_table[i];
1184
1185         /* Flush caches and TLBs again. */
1186         wbinvd();
1187         invltlb();
1188
1189         /* Restore caches and PGE. */
1190         load_cr0(cr0);
1191         load_cr4(cr4);
1192 }
1193
1194 /*
1195  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1196  */
1197 void
1198 pmap_page_init(vm_page_t m)
1199 {
1200
1201         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1202         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1203 }
1204
1205 /*
1206  *      Initialize the pmap module.
1207  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
1208  *      system needs to map virtual memory.
1209  */
1210 void
1211 pmap_init(void)
1212 {
1213         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
1214         vm_page_t mpte;
1215         vm_size_t s;
1216         int error, i, pv_npg, ret, skz63;
1217
1218         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
1219         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
1220
1221         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
1222         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
1223             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
1224                 /*
1225                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
1226                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
1227                  * 40000000H and 403FFFFFH.
1228                  *
1229                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
1230                  * seems to be impossible to distinguish between
1231                  * Skylake Server and Skylake X.
1232                  */
1233                 skz63 = 1;
1234                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
1235                 if (skz63 != 0) {
1236                         if (bootverbose)
1237                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
1238                                     "at physical 1G\n");
1239                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
1240                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
1241                                     ptoa(i), FALSE);
1242                                 if (!ret && bootverbose)
1243                                         printf("page at %#lx already used\n",
1244                                             0x40000000 + ptoa(i));
1245                         }
1246                 }
1247         }
1248
1249         /*
1250          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
1251          * page table pages.
1252          */ 
1253         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
1254                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
1255                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
1256                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
1257                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
1258                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
1259                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
1260                 mpte->wire_count = 1;
1261         }
1262         atomic_add_int(&vm_cnt.v_wire_count, nkpt);
1263
1264         /*
1265          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
1266          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
1267          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
1268          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
1269          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
1270          * include at least one feature that is only supported by older Intel
1271          * or newer AMD processors.
1272          */
1273         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
1274             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
1275             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
1276             AMDID2_FMA4)) == 0)
1277                 workaround_erratum383 = 1;
1278
1279         /*
1280          * Are large page mappings enabled?
1281          */
1282         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
1283         if (pg_ps_enabled) {
1284                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
1285                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
1286                 pagesizes[1] = NBPDR;
1287         }
1288
1289         /*
1290          * Initialize the pv chunk list mutex.
1291          */
1292         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
1293
1294         /*
1295          * Initialize the pool of pv list locks.
1296          */
1297         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
1298                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
1299
1300         /*
1301          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
1302          */
1303         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
1304
1305         /*
1306          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
1307          */
1308         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
1309         s = round_page(s);
1310         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
1311             M_WAITOK | M_ZERO);
1312         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
1313                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
1314         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
1315
1316         pmap_initialized = 1;
1317         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
1318                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
1319                 if (ppim->va == 0)
1320                         continue;
1321                 /* Make the direct map consistent */
1322                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz < dmaplimit) {
1323                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
1324                             ppim->sz, ppim->mode);
1325                 }
1326                 if (!bootverbose)
1327                         continue;
1328                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
1329                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
1330         }
1331
1332         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
1333         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
1334             (vmem_addr_t *)&qframe);
1335         if (error != 0)
1336                 panic("qframe allocation failed");
1337 }
1338
1339 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
1340     "2MB page mapping counters");
1341
1342 static u_long pmap_pde_demotions;
1343 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1344     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
1345
1346 static u_long pmap_pde_mappings;
1347 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
1348     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
1349
1350 static u_long pmap_pde_p_failures;
1351 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
1352     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
1353
1354 static u_long pmap_pde_promotions;
1355 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
1356     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
1357
1358 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
1359     "1GB page mapping counters");
1360
1361 static u_long pmap_pdpe_demotions;
1362 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
1363     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
1364
1365 /***************************************************
1366  * Low level helper routines.....
1367  ***************************************************/
1368
1369 static pt_entry_t
1370 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
1371 {
1372         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
1373
1374         switch (pmap->pm_type) {
1375         case PT_X86:
1376         case PT_RVI:
1377                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
1378                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
1379                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
1380
1381                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
1382                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
1383                         entry ^= x86_pat_bits;
1384                 break;
1385         case PT_EPT:
1386                 /*
1387                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
1388                  * the same way for regular pages and superpages.
1389                  */
1390                 break;
1391         default:
1392                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1393         }
1394
1395         return (entry);
1396 }
1397
1398 /*
1399  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
1400  * caching mode.
1401  */
1402 int
1403 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
1404 {
1405         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
1406
1407         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
1408                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
1409
1410         switch (pmap->pm_type) {
1411         case PT_X86:
1412         case PT_RVI:
1413                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
1414                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
1415
1416                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
1417                 pat_idx = pat_index[mode];
1418
1419                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
1420                 cache_bits = 0;
1421                 if (pat_idx & 0x4)
1422                         cache_bits |= pat_flag;
1423                 if (pat_idx & 0x2)
1424                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
1425                 if (pat_idx & 0x1)
1426                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
1427                 break;
1428
1429         case PT_EPT:
1430                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
1431                 break;
1432
1433         default:
1434                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
1435         }
1436
1437         return (cache_bits);
1438 }
1439
1440 static int
1441 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
1442 {
1443         int mask;
1444
1445         switch (pmap->pm_type) {
1446         case PT_X86:
1447         case PT_RVI:
1448                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
1449                 break;
1450         case PT_EPT:
1451                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
1452                 break;
1453         default:
1454                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
1455         }
1456
1457         return (mask);
1458 }
1459
1460 bool
1461 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
1462 {
1463
1464         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
1465 }
1466
1467 static void
1468 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1469 {
1470
1471         switch (pmap->pm_type) {
1472         case PT_X86:
1473                 break;
1474         case PT_RVI:
1475         case PT_EPT:
1476                 /*
1477                  * XXX
1478                  * This is a little bogus since the generation number is
1479                  * supposed to be bumped up when a region of the address
1480                  * space is invalidated in the page tables.
1481                  *
1482                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
1483                  * to make sure that any mappings using the old entry are
1484                  * invalidated in the TLB.
1485                  *
1486                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
1487                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
1488                  * side-effect.
1489                  */
1490                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1491                 break;
1492         default:
1493                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
1494         }
1495         pde_store(pde, newpde);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
1500  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
1501  * calling processor's TLB is affected.
1502  *
1503  * The calling thread must be pinned to a processor.
1504  */
1505 static void
1506 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
1507 {
1508         pt_entry_t PG_G;
1509
1510         if (pmap_type_guest(pmap))
1511                 return;
1512
1513         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1514             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
1515
1516         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
1517
1518         if ((newpde & PG_PS) == 0)
1519                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
1520                 invlpg(va);
1521         else if ((newpde & PG_G) == 0)
1522                 /*
1523                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
1524                  * because there are too many to flush individually.
1525                  */
1526                 invltlb();
1527         else {
1528                 /*
1529                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1530                  * including any global (PG_G) mappings.
1531                  */
1532                 invltlb_glob();
1533         }
1534 }
1535 #ifdef SMP
1536
1537 /*
1538  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1539  *
1540  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1541  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1542  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1543  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1544  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1545  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1546  * one of the following functions but before a store updating the page
1547  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1548  * processor before its pm_active field is checked but due to
1549  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1550  * pmap as inactive on the other processor.
1551  * 
1552  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1553  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1554  * processor.
1555  */
1556
1557 /*
1558  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
1559  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
1560  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
1561  */
1562 static __inline void
1563 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
1564 {
1565         int ipinum;
1566
1567         sched_pin();
1568         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
1569             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
1570
1571         /*
1572          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
1573          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
1574          *
1575          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
1576          * are flushed from the TLB on each context switch.
1577          *
1578          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
1579          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
1580          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
1581          *
1582          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
1583          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
1584          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
1585          */
1586         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
1587
1588         /*
1589          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
1590          */
1591         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
1592         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
1593         sched_unpin();
1594 }
1595
1596 void
1597 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1598 {
1599         cpuset_t *mask;
1600         struct invpcid_descr d;
1601         uint64_t kcr3, ucr3;
1602         uint32_t pcid;
1603         u_int cpuid, i;
1604
1605         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1606                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1607                 return;
1608         }
1609
1610         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1611             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
1612
1613         sched_pin();
1614         if (pmap == kernel_pmap) {
1615                 invlpg(va);
1616                 mask = &all_cpus;
1617         } else {
1618                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1619                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1620                         invlpg(va);
1621                         if (pmap_pcid_enabled && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1622                                 /*
1623                                  * Disable context switching. pm_pcid
1624                                  * is recalculated on switch, which
1625                                  * might make us use wrong pcid below.
1626                                  */
1627                                 critical_enter();
1628                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1629
1630                                 if (invpcid_works) {
1631                                         d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1632                                         d.pad = 0;
1633                                         d.addr = va;
1634                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1635                                 } else {
1636                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid |
1637                                             CR3_PCID_SAVE;
1638                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1639                                             PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1640                                         pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1641                                 }
1642                                 critical_exit();
1643                         }
1644                 } else if (pmap_pcid_enabled)
1645                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1646                 if (pmap_pcid_enabled) {
1647                         CPU_FOREACH(i) {
1648                                 if (cpuid != i)
1649                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1650                         }
1651
1652                         /*
1653                          * The fence is between stores to pm_gen and the read of
1654                          * the pm_active mask.  We need to ensure that it is
1655                          * impossible for us to miss the bit update in pm_active
1656                          * and simultaneously observe a non-zero pm_gen in
1657                          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
1658                          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.
1659                          * Note that pm_active is updated by a locked operation,
1660                          * which provides the reciprocal fence.
1661                          */
1662                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1663                 }
1664                 mask = &pmap->pm_active;
1665         }
1666         smp_masked_invlpg(*mask, va, pmap);
1667         sched_unpin();
1668 }
1669
1670 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
1671 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
1672
1673 void
1674 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1675 {
1676         cpuset_t *mask;
1677         struct invpcid_descr d;
1678         vm_offset_t addr;
1679         uint64_t kcr3, ucr3;
1680         uint32_t pcid;
1681         u_int cpuid, i;
1682
1683         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
1684                 pmap_invalidate_all(pmap);
1685                 return;
1686         }
1687
1688         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1689                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1690                 return;
1691         }
1692
1693         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1694             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
1695
1696         sched_pin();
1697         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1698         if (pmap == kernel_pmap) {
1699                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1700                         invlpg(addr);
1701                 mask = &all_cpus;
1702         } else {
1703                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1704                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1705                                 invlpg(addr);
1706                         if (pmap_pcid_enabled && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1707                                 critical_enter();
1708                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1709                                 if (invpcid_works) {
1710                                         d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1711                                         d.pad = 0;
1712                                         d.addr = sva;
1713                                         for (; d.addr < eva; d.addr +=
1714                                             PAGE_SIZE)
1715                                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1716                                 } else {
1717                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid |
1718                                             CR3_PCID_SAVE;
1719                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1720                                             PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1721                                         pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva,
1722                                             eva);
1723                                 }
1724                                 critical_exit();
1725                         }
1726                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1727                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1728                 }
1729                 if (pmap_pcid_enabled) {
1730                         CPU_FOREACH(i) {
1731                                 if (cpuid != i)
1732                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1733                         }
1734                         /* See the comment in pmap_invalidate_page(). */
1735                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1736                 }
1737                 mask = &pmap->pm_active;
1738         }
1739         smp_masked_invlpg_range(*mask, sva, eva, pmap);
1740         sched_unpin();
1741 }
1742
1743 void
1744 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1745 {
1746         cpuset_t *mask;
1747         struct invpcid_descr d;
1748         uint64_t kcr3, ucr3;
1749         uint32_t pcid;
1750         u_int cpuid, i;
1751
1752         if (pmap_type_guest(pmap)) {
1753                 pmap_invalidate_ept(pmap);
1754                 return;
1755         }
1756
1757         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1758             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
1759
1760         sched_pin();
1761         if (pmap == kernel_pmap) {
1762                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1763                         bzero(&d, sizeof(d));
1764                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1765                 } else {
1766                         invltlb_glob();
1767                 }
1768                 mask = &all_cpus;
1769         } else {
1770                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1771                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1772                         if (pmap_pcid_enabled) {
1773                                 critical_enter();
1774                                 pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
1775                                 if (invpcid_works) {
1776                                         d.pcid = pcid;
1777                                         d.pad = 0;
1778                                         d.addr = 0;
1779                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1780                                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1781                                                 d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
1782                                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1783                                         }
1784                                 } else {
1785                                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
1786                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3;
1787                                         if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1788                                                 ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1789                                                 pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3,
1790                                                     kcr3);
1791                                         } else {
1792                                                 load_cr3(kcr3);
1793                                         }
1794                                 }
1795                                 critical_exit();
1796                         } else {
1797                                 invltlb();
1798                         }
1799                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1800                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
1801                 }
1802                 if (pmap_pcid_enabled) {
1803                         CPU_FOREACH(i) {
1804                                 if (cpuid != i)
1805                                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
1806                         }
1807                         /* See the comment in pmap_invalidate_page(). */
1808                         atomic_thread_fence_seq_cst();
1809                 }
1810                 mask = &pmap->pm_active;
1811         }
1812         smp_masked_invltlb(*mask, pmap);
1813         sched_unpin();
1814 }
1815
1816 void
1817 pmap_invalidate_cache(void)
1818 {
1819
1820         sched_pin();
1821         wbinvd();
1822         smp_cache_flush();
1823         sched_unpin();
1824 }
1825
1826 struct pde_action {
1827         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1828         pmap_t pmap;
1829         vm_offset_t va;
1830         pd_entry_t *pde;
1831         pd_entry_t newpde;
1832         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1833 };
1834
1835 static void
1836 pmap_update_pde_action(void *arg)
1837 {
1838         struct pde_action *act = arg;
1839
1840         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1841                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
1842 }
1843
1844 static void
1845 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1846 {
1847         struct pde_action *act = arg;
1848
1849         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1850                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
1851 }
1852
1853 /*
1854  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1855  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1856  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1857  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1858  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1859  * hardware error.
1860  */
1861 static void
1862 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1863 {
1864         struct pde_action act;
1865         cpuset_t active, other_cpus;
1866         u_int cpuid;
1867
1868         sched_pin();
1869         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1870         other_cpus = all_cpus;
1871         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1872         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
1873                 active = all_cpus;
1874         else {
1875                 active = pmap->pm_active;
1876         }
1877         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1878                 act.store = cpuid;
1879                 act.invalidate = active;
1880                 act.va = va;
1881                 act.pmap = pmap;
1882                 act.pde = pde;
1883                 act.newpde = newpde;
1884                 CPU_SET(cpuid, &active);
1885                 smp_rendezvous_cpus(active,
1886                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
1887                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1888         } else {
1889                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
1890                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1891                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
1892         }
1893         sched_unpin();
1894 }
1895 #else /* !SMP */
1896 /*
1897  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1898  */
1899 void
1900 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1901 {
1902         struct invpcid_descr d;
1903         uint64_t kcr3, ucr3;
1904         uint32_t pcid;
1905
1906         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1907                 pmap->pm_eptgen++;
1908                 return;
1909         }
1910         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1911             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1912
1913         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1914                 invlpg(va);
1915                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
1916                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1917                         critical_enter();
1918                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
1919                         if (invpcid_works) {
1920                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
1921                                 d.pad = 0;
1922                                 d.addr = va;
1923                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1924                         } else {
1925                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
1926                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
1927                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1928                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
1929                         }
1930                         critical_exit();
1931                 }
1932         } else if (pmap_pcid_enabled)
1933                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1934 }
1935
1936 void
1937 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1938 {
1939         struct invpcid_descr d;
1940         vm_offset_t addr;
1941         uint64_t kcr3, ucr3;
1942
1943         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1944                 pmap->pm_eptgen++;
1945                 return;
1946         }
1947         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1948             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
1949
1950         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1951                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1952                         invlpg(addr);
1953                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
1954                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
1955                         critical_enter();
1956                         if (invpcid_works) {
1957                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
1958                                     PMAP_PCID_USER_PT;
1959                                 d.pad = 0;
1960                                 d.addr = sva;
1961                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
1962                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1963                         } else {
1964                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
1965                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
1966                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
1967                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
1968                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
1969                         }
1970                         critical_exit();
1971                 }
1972         } else if (pmap_pcid_enabled) {
1973                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
1974         }
1975 }
1976
1977 void
1978 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1979 {
1980         struct invpcid_descr d;
1981         uint64_t kcr3, ucr3;
1982
1983         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
1984                 pmap->pm_eptgen++;
1985                 return;
1986         }
1987         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
1988             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
1989
1990         if (pmap == kernel_pmap) {
1991                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
1992                         bzero(&d, sizeof(d));
1993                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1994                 } else {
1995                         invltlb_glob();
1996                 }
1997         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1998                 if (pmap_pcid_enabled) {
1999                         critical_enter();
2000                         if (invpcid_works) {
2001                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2002                                 d.pad = 0;
2003                                 d.addr = 0;
2004                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2005                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2006                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2007                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2008                                 }
2009                         } else {
2010                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2011                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2012                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
2013                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2014                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2015                                 } else
2016                                         load_cr3(kcr3);
2017                         }
2018                         critical_exit();
2019                 } else {
2020                         invltlb();
2021                 }
2022         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2023                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2024         }
2025 }
2026
2027 PMAP_INLINE void
2028 pmap_invalidate_cache(void)
2029 {
2030
2031         wbinvd();
2032 }
2033
2034 static void
2035 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2036 {
2037
2038         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2039         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
2040                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2041         else
2042                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2043 }
2044 #endif /* !SMP */
2045
2046 static void
2047 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
2048 {
2049
2050         /*
2051          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
2052          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
2053          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
2054          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
2055          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
2056          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
2057          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
2058          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
2059          * TLB.
2060          */
2061         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
2062                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
2063         else
2064                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
2065 }
2066
2067 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
2068
2069 void
2070 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, boolean_t force)
2071 {
2072
2073         if (force) {
2074                 sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
2075         } else {
2076                 KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
2077                     ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
2078                 KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
2079                     ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
2080         }
2081
2082         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0 && !force)
2083                 ; /* If "Self Snoop" is supported and allowed, do nothing. */
2084         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0 &&
2085             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2086                 /*
2087                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
2088                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
2089                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
2090                  * don't need to flush for that range anyway.
2091                  */
2092                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2093                         return;
2094
2095                 /*
2096                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the sfence
2097                  * instruction to insure that previous stores are
2098                  * included in the write-back.  The processor
2099                  * propagates flush to other processors in the cache
2100                  * coherence domain.
2101                  */
2102                 sfence();
2103                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2104                         clflushopt(sva);
2105                 sfence();
2106         } else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
2107             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
2108                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
2109                         return;
2110                 /*
2111                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
2112                  */
2113                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2114                         mfence();
2115                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
2116                         clflush(sva);
2117                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2118                         mfence();
2119         } else {
2120
2121                 /*
2122                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
2123                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
2124                  * Globally invalidate cache.
2125                  */
2126                 pmap_invalidate_cache();
2127         }
2128 }
2129
2130 /*
2131  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
2132  *
2133  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
2134  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
2135  * when moving pages into a different cache domain.
2136  */
2137 void
2138 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
2139 {
2140         vm_offset_t daddr, eva;
2141         int i;
2142         bool useclflushopt;
2143
2144         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
2145         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
2146             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
2147                 pmap_invalidate_cache();
2148         else {
2149                 if (useclflushopt)
2150                         sfence();
2151                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2152                         mfence();
2153                 for (i = 0; i < count; i++) {
2154                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
2155                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
2156                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
2157                                 if (useclflushopt)
2158                                         clflushopt(daddr);
2159                                 else
2160                                         clflush(daddr);
2161                         }
2162                 }
2163                 if (useclflushopt)
2164                         sfence();
2165                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
2166                         mfence();
2167         }
2168 }
2169
2170 /*
2171  *      Routine:        pmap_extract
2172  *      Function:
2173  *              Extract the physical page address associated
2174  *              with the given map/virtual_address pair.
2175  */
2176 vm_paddr_t 
2177 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2178 {
2179         pdp_entry_t *pdpe;
2180         pd_entry_t *pde;
2181         pt_entry_t *pte, PG_V;
2182         vm_paddr_t pa;
2183
2184         pa = 0;
2185         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2186         PMAP_LOCK(pmap);
2187         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2188         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2189                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
2190                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
2191                 else {
2192                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
2193                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
2194                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
2195                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
2196                                             (va & PDRMASK);
2197                                 } else {
2198                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2199                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
2200                                             (va & PAGE_MASK);
2201                                 }
2202                         }
2203                 }
2204         }
2205         PMAP_UNLOCK(pmap);
2206         return (pa);
2207 }
2208
2209 /*
2210  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
2211  *      Function:
2212  *              Atomically extract and hold the physical page
2213  *              with the given pmap and virtual address pair
2214  *              if that mapping permits the given protection.
2215  */
2216 vm_page_t
2217 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
2218 {
2219         pd_entry_t pde, *pdep;
2220         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
2221         vm_paddr_t pa;
2222         vm_page_t m;
2223
2224         pa = 0;
2225         m = NULL;
2226         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2227         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2228         PMAP_LOCK(pmap);
2229 retry:
2230         pdep = pmap_pde(pmap, va);
2231         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
2232                 if (pde & PG_PS) {
2233                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
2234                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
2235                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
2236                                         goto retry;
2237                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
2238                                     (va & PDRMASK));
2239                                 vm_page_hold(m);
2240                         }
2241                 } else {
2242                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
2243                         if ((pte & PG_V) &&
2244                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
2245                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
2246                                     &pa))
2247                                         goto retry;
2248                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
2249                                 vm_page_hold(m);
2250                         }
2251                 }
2252         }
2253         PA_UNLOCK_COND(pa);
2254         PMAP_UNLOCK(pmap);
2255         return (m);
2256 }
2257
2258 vm_paddr_t
2259 pmap_kextract(vm_offset_t va)
2260 {
2261         pd_entry_t pde;
2262         vm_paddr_t pa;
2263
2264         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
2265                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
2266         } else {
2267                 pde = *vtopde(va);
2268                 if (pde & PG_PS) {
2269                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
2270                 } else {
2271                         /*
2272                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
2273                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
2274                          * be used to access the PTE because it would use the
2275                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
2276                          * because the page table page is preserved by the
2277                          * promotion.
2278                          */
2279                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
2280                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
2281                 }
2282         }
2283         return (pa);
2284 }
2285
2286 /***************************************************
2287  * Low level mapping routines.....
2288  ***************************************************/
2289
2290 /*
2291  * Add a wired page to the kva.
2292  * Note: not SMP coherent.
2293  */
2294 PMAP_INLINE void 
2295 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
2296 {
2297         pt_entry_t *pte;
2298
2299         pte = vtopte(va);
2300         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g);
2301 }
2302
2303 static __inline void
2304 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
2305 {
2306         pt_entry_t *pte;
2307         int cache_bits;
2308
2309         pte = vtopte(va);
2310         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
2311         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | cache_bits);
2312 }
2313
2314 /*
2315  * Remove a page from the kernel pagetables.
2316  * Note: not SMP coherent.
2317  */
2318 PMAP_INLINE void
2319 pmap_kremove(vm_offset_t va)
2320 {
2321         pt_entry_t *pte;
2322
2323         pte = vtopte(va);
2324         pte_clear(pte);
2325 }
2326
2327 /*
2328  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
2329  *      virtual address space.
2330  *
2331  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
2332  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
2333  *      physical to virtual region can return the appropriate address
2334  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
2335  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
2336  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
2337  *      region.
2338  */
2339 vm_offset_t
2340 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
2341 {
2342         return PHYS_TO_DMAP(start);
2343 }
2344
2345
2346 /*
2347  * Add a list of wired pages to the kva
2348  * this routine is only used for temporary
2349  * kernel mappings that do not need to have
2350  * page modification or references recorded.
2351  * Note that old mappings are simply written
2352  * over.  The page *must* be wired.
2353  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2354  */
2355 void
2356 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
2357 {
2358         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
2359         vm_page_t m;
2360         int cache_bits;
2361
2362         oldpte = 0;
2363         pte = vtopte(sva);
2364         endpte = pte + count;
2365         while (pte < endpte) {
2366                 m = *ma++;
2367                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
2368                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
2369                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
2370                         oldpte |= *pte;
2371                         pte_store(pte, pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V);
2372                 }
2373                 pte++;
2374         }
2375         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
2376                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
2377                     PAGE_SIZE);
2378 }
2379
2380 /*
2381  * This routine tears out page mappings from the
2382  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
2383  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
2384  */
2385 void
2386 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
2387 {
2388         vm_offset_t va;
2389
2390         va = sva;
2391         while (count-- > 0) {
2392                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
2393                 pmap_kremove(va);
2394                 va += PAGE_SIZE;
2395         }
2396         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
2397 }
2398
2399 /***************************************************
2400  * Page table page management routines.....
2401  ***************************************************/
2402 static __inline void
2403 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
2404 {
2405         vm_page_t m;
2406         int count;
2407
2408         for (count = 0; (m = SLIST_FIRST(free)) != NULL; count++) {
2409                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
2410                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
2411                 vm_page_free_toq(m);
2412         }
2413         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, count);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
2418  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
2419  * physical memory manager after the TLB has been updated.
2420  */
2421 static __inline void
2422 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
2423     boolean_t set_PG_ZERO)
2424 {
2425
2426         if (set_PG_ZERO)
2427                 m->flags |= PG_ZERO;
2428         else
2429                 m->flags &= ~PG_ZERO;
2430         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
2431 }
2432         
2433 /*
2434  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
2435  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
2436  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
2437  * ordered by this virtual address range.
2438  */
2439 static __inline int
2440 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
2441 {
2442
2443         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2444         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
2445 }
2446
2447 /*
2448  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
2449  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
2450  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
2451  * specified virtual address.
2452  */
2453 static __inline vm_page_t
2454 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2455 {
2456
2457         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2458         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
2459 }
2460
2461 /*
2462  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
2463  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
2464  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
2465  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
2466  */
2467 static inline boolean_t
2468 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2469 {
2470
2471         --m->wire_count;
2472         if (m->wire_count == 0) {
2473                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
2474                 return (TRUE);
2475         } else
2476                 return (FALSE);
2477 }
2478
2479 static void
2480 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
2481 {
2482
2483         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2484         /*
2485          * unmap the page table page
2486          */
2487         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2488                 /* PDP page */
2489                 pml4_entry_t *pml4;
2490                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
2491                 *pml4 = 0;
2492                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
2493                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
2494                         *pml4 = 0;
2495                 }
2496         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
2497                 /* PD page */
2498                 pdp_entry_t *pdp;
2499                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
2500                 *pdp = 0;
2501         } else {
2502                 /* PTE page */
2503                 pd_entry_t *pd;
2504                 pd = pmap_pde(pmap, va);
2505                 *pd = 0;
2506         }
2507         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
2508         if (m->pindex < NUPDE) {
2509                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
2510                 vm_page_t pdpg;
2511
2512                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
2513                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
2514         }
2515         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
2516                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
2517                 vm_page_t pdppg;
2518
2519                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
2520                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
2521         }
2522
2523         /* 
2524          * Put page on a list so that it is released after
2525          * *ALL* TLB shootdown is done
2526          */
2527         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
2528 }
2529
2530 /*
2531  * After removing a page table entry, this routine is used to
2532  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
2533  */
2534 static int
2535 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
2536     struct spglist *free)
2537 {
2538         vm_page_t mpte;
2539
2540         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2541                 return (0);
2542         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
2543         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
2544         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
2545 }
2546
2547 void
2548 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
2549 {
2550         int i;
2551
2552         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
2553         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
2554         pmap->pm_pml4u = NULL;
2555         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
2556         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
2557         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2558         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2559         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2560         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2561         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2562         pmap->pm_flags = pmap_flags;
2563         CPU_FOREACH(i) {
2564                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2565                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2566                 if (!pti)
2567                         __pcpu[i].pc_kcr3 = PMAP_NO_CR3;
2568         }
2569         PCPU_SET(curpmap, kernel_pmap);
2570         pmap_activate(curthread);
2571         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);
2572 }
2573
2574 void
2575 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
2576 {
2577         pml4_entry_t *pm_pml4;
2578         int i;
2579
2580         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2581
2582         /* Wire in kernel global address entries. */
2583         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
2584                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2585                     X86_PG_V;
2586         }
2587         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
2588                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
2589                     X86_PG_V;
2590         }
2591
2592         /* install self-referential address mapping entry(s) */
2593         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
2594             X86_PG_A | X86_PG_M;
2595 }
2596
2597 static void
2598 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
2599 {
2600         pml4_entry_t *pm_pml4;
2601         int i;
2602
2603         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
2604         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
2605                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
2606 }
2607
2608 /*
2609  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
2610  * such as one in a vmspace structure.
2611  */
2612 int
2613 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
2614 {
2615         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
2616         vm_paddr_t pml4phys;
2617         int i;
2618
2619         /*
2620          * allocate the page directory page
2621          */
2622         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2623             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
2624
2625         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
2626         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
2627         CPU_FOREACH(i) {
2628                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
2629                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2630         }
2631         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
2632         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
2633         pmap->pm_pml4u = NULL;
2634
2635         pmap->pm_type = pm_type;
2636         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
2637                 pagezero(pmap->pm_pml4);
2638
2639         /*
2640          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
2641          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
2642          * address space.
2643          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
2644          */
2645         if (pm_type == PT_X86) {
2646                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
2647                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
2648                 if (pti) {
2649                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
2650                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
2651                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
2652                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
2653                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
2654                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
2655                 }
2656         }
2657
2658         pmap->pm_root.rt_root = 0;
2659         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
2660         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
2661         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
2662         pmap->pm_flags = flags;
2663         pmap->pm_eptgen = 0;
2664
2665         return (1);
2666 }
2667
2668 int
2669 pmap_pinit(pmap_t pmap)
2670 {
2671
2672         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
2673 }
2674
2675 /*
2676  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
2677  *
2678  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
2679  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
2680  *
2681  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
2682  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
2683  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
2684  * race conditions.
2685  */
2686 static vm_page_t
2687 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
2688 {
2689         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
2690         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
2691
2692         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2693
2694         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
2695         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
2696         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2697         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
2698
2699         /*
2700          * Allocate a page table page.
2701          */
2702         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
2703             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
2704                 if (lockp != NULL) {
2705                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2706                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2707                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
2708                         VM_WAIT;
2709                         PMAP_LOCK(pmap);
2710                 }
2711
2712                 /*
2713                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
2714                  * page may have been allocated.
2715                  */
2716                 return (NULL);
2717         }
2718         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
2719                 pmap_zero_page(m);
2720
2721         /*
2722          * Map the pagetable page into the process address space, if
2723          * it isn't already there.
2724          */
2725
2726         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
2727                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
2728                 vm_pindex_t pml4index;
2729
2730                 /* Wire up a new PDPE page */
2731                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
2732                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2733                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2734                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
2735                         /*
2736                          * PTI: Make all user-space mappings in the
2737                          * kernel-mode page table no-execute so that
2738                          * we detect any programming errors that leave
2739                          * the kernel-mode page table active on return
2740                          * to user space.
2741                          */
2742                         *pml4 |= pg_nx;
2743
2744                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
2745                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
2746                             PG_A | PG_M;
2747                 }
2748
2749         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
2750                 vm_pindex_t pml4index;
2751                 vm_pindex_t pdpindex;
2752                 pml4_entry_t *pml4;
2753                 pdp_entry_t *pdp;
2754
2755                 /* Wire up a new PDE page */
2756                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
2757                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2758
2759                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2760                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2761                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
2762                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
2763                             lockp) == NULL) {
2764                                 --m->wire_count;
2765                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2766                                 vm_page_free_zero(m);
2767                                 return (NULL);
2768                         }
2769                 } else {
2770                         /* Add reference to pdp page */
2771                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
2772                         pdppg->wire_count++;
2773                 }
2774                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2775
2776                 /* Now find the pdp page */
2777                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2778                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2779
2780         } else {
2781                 vm_pindex_t pml4index;
2782                 vm_pindex_t pdpindex;
2783                 pml4_entry_t *pml4;
2784                 pdp_entry_t *pdp;
2785                 pd_entry_t *pd;
2786
2787                 /* Wire up a new PTE page */
2788                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2789                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
2790
2791                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
2792                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
2793                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
2794                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
2795                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2796                             lockp) == NULL) {
2797                                 --m->wire_count;
2798                                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2799                                 vm_page_free_zero(m);
2800                                 return (NULL);
2801                         }
2802                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2803                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2804                 } else {
2805                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2806                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2807                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2808                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2809                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2810                                     lockp) == NULL) {
2811                                         --m->wire_count;
2812                                         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count,
2813                                             1);
2814                                         vm_page_free_zero(m);
2815                                         return (NULL);
2816                                 }
2817                         } else {
2818                                 /* Add reference to the pd page */
2819                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2820                                 pdpg->wire_count++;
2821                         }
2822                 }
2823                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2824
2825                 /* Now we know where the page directory page is */
2826                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2827                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2828         }
2829
2830         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2831
2832         return (m);
2833 }
2834
2835 static vm_page_t
2836 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2837 {
2838         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2839         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
2840         vm_page_t pdpg;
2841
2842         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2843
2844 retry:
2845         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2846         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2847                 /* Add a reference to the pd page. */
2848                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2849                 pdpg->wire_count++;
2850         } else {
2851                 /* Allocate a pd page. */
2852                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2853                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2854                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2855                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2856                         goto retry;
2857         }
2858         return (pdpg);
2859 }
2860
2861 static vm_page_t
2862 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2863 {
2864         vm_pindex_t ptepindex;
2865         pd_entry_t *pd, PG_V;
2866         vm_page_t m;
2867
2868         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
2869
2870         /*
2871          * Calculate pagetable page index
2872          */
2873         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2874 retry:
2875         /*
2876          * Get the page directory entry
2877          */
2878         pd = pmap_pde(pmap, va);
2879
2880         /*
2881          * This supports switching from a 2MB page to a
2882          * normal 4K page.
2883          */
2884         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2885                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2886                         /*
2887                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2888                          * the deallocation of the underlying PD page.
2889                          */
2890                         pd = NULL;
2891                 }
2892         }
2893
2894         /*
2895          * If the page table page is mapped, we just increment the
2896          * hold count, and activate it.
2897          */
2898         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2899                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2900                 m->wire_count++;
2901         } else {
2902                 /*
2903                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2904                  * deallocated.
2905                  */
2906                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2907                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2908                         goto retry;
2909         }
2910         return (m);
2911 }
2912
2913
2914 /***************************************************
2915  * Pmap allocation/deallocation routines.
2916  ***************************************************/
2917
2918 /*
2919  * Release any resources held by the given physical map.
2920  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2921  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2922  */
2923 void
2924 pmap_release(pmap_t pmap)
2925 {
2926         vm_page_t m;
2927         int i;
2928
2929         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2930             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2931             pmap->pm_stats.resident_count));
2932         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2933             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2934         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
2935             ("releasing active pmap %p", pmap));
2936
2937         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
2938
2939         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2940                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2941         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2942                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2943         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2944
2945         m->wire_count--;
2946         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2947         vm_page_free_zero(m);
2948
2949         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
2950                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
2951                 m->wire_count--;
2952                 atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
2953                 vm_page_free(m);
2954         }
2955 }
2956 \f
2957 static int
2958 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2959 {
2960         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2961
2962         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2963 }
2964 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2965     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2966
2967 static int
2968 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2969 {
2970         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2971
2972         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2973 }
2974 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2975     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2976
2977 /*
2978  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2979  */
2980 void
2981 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2982 {
2983         vm_paddr_t paddr;
2984         vm_page_t nkpg;
2985         pd_entry_t *pde, newpdir;
2986         pdp_entry_t *pdpe;
2987
2988         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2989
2990         /*
2991          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2992          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2993          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2994          *
2995          * The correctness of this action is based on the following
2996          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
2997          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2998          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2999          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
3000          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
3001          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
3002          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
3003          * "KERNBASE".
3004          */
3005         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
3006                 return;
3007
3008         addr = roundup2(addr, NBPDR);
3009         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
3010                 addr = kernel_map->max_offset;
3011         while (kernel_vm_end < addr) {
3012                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
3013                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
3014                         /* We need a new PDP entry */
3015                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
3016                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
3017                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
3018                         if (nkpg == NULL)
3019                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3020                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3021                                 pmap_zero_page(nkpg);
3022                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3023                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3024                             X86_PG_A | X86_PG_M);
3025                         continue; /* try again */
3026                 }
3027                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
3028                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
3029                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3030                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
3031                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
3032                                 break;                       
3033                         }
3034                         continue;
3035                 }
3036
3037                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
3038                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
3039                     VM_ALLOC_ZERO);
3040                 if (nkpg == NULL)
3041                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
3042                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
3043                         pmap_zero_page(nkpg);
3044                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
3045                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
3046                 pde_store(pde, newpdir);
3047
3048                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
3049                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
3050                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
3051                         break;                       
3052                 }
3053         }
3054 }
3055
3056
3057 /***************************************************
3058  * page management routines.
3059  ***************************************************/
3060
3061 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
3062 CTASSERT(_NPCM == 3);
3063 CTASSERT(_NPCPV == 168);
3064
3065 static __inline struct pv_chunk *
3066 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
3067 {
3068
3069         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
3070 }
3071
3072 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
3073
3074 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
3075 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
3076 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
3077
3078 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
3079
3080 #ifdef PV_STATS
3081 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
3082
3083 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
3084         "Current number of pv entry chunks");
3085 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
3086         "Current number of pv entry chunks allocated");
3087 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
3088         "Current number of pv entry chunks frees");
3089 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
3090         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
3091
3092 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
3093 static int pv_entry_spare;
3094
3095 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
3096         "Current number of pv entry frees");
3097 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
3098         "Current number of pv entry allocs");
3099 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
3100         "Current number of pv entries");
3101 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
3102         "Current number of spare pv entries");
3103 #endif
3104
3105 static void
3106 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
3107 {
3108
3109         if (pmap == NULL)
3110                 return;
3111         pmap_invalidate_all(pmap);
3112         if (pmap != locked_pmap)
3113                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3114         if (start_di)
3115                 pmap_delayed_invl_finished();
3116 }
3117
3118 /*
3119  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
3120  * drastic measures to free some pages so we can allocate
3121  * another pv entry chunk.
3122  *
3123  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
3124  *
3125  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
3126  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
3127  * exacerbating the shortage of free pv entries.
3128  */
3129 static vm_page_t
3130 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
3131 {
3132         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
3133         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
3134         struct md_page *pvh;
3135         pd_entry_t *pde;
3136         pmap_t next_pmap, pmap;
3137         pt_entry_t *pte, tpte;
3138         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3139         pv_entry_t pv;
3140         vm_offset_t va;
3141         vm_page_t m, m_pc;
3142         struct spglist free;
3143         uint64_t inuse;
3144         int bit, field, freed;
3145         bool start_di;
3146         static int active_reclaims = 0;
3147
3148         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
3149         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
3150         pmap = NULL;
3151         m_pc = NULL;
3152         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
3153         SLIST_INIT(&free);
3154         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
3155         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
3156         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
3157         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
3158
3159         /*
3160          * A delayed invalidation block should already be active if
3161          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
3162          * of pmap_demote_pde_locked().
3163          */
3164         start_di = pmap_not_in_di();
3165
3166         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3167         active_reclaims++;
3168         TAILQ_INSERT_HEAD(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3169         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3170         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
3171             SLIST_EMPTY(&free)) {
3172                 next_pmap = pc->pc_pmap;
3173                 if (next_pmap == NULL) {
3174                         /*
3175                          * The next chunk is a marker.  However, it is
3176                          * not our marker, so active_reclaims must be
3177                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
3178                          * will not rotate the pv_chunks list.
3179                          */
3180                         goto next_chunk;
3181                 }
3182                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3183
3184                 /*
3185                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
3186                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
3187                  * corresponding pmap is locked.
3188                  */
3189                 if (pmap != next_pmap) {
3190                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
3191                             start_di);
3192                         pmap = next_pmap;
3193                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
3194                         if (pmap > locked_pmap) {
3195                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3196                                 PMAP_LOCK(pmap);
3197                                 if (start_di)
3198                                         pmap_delayed_invl_started();
3199                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3200                                 continue;
3201                         } else if (pmap != locked_pmap) {
3202                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
3203                                         if (start_di)
3204                                                 pmap_delayed_invl_started();
3205                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3206                                         continue;
3207                                 } else {
3208                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
3209                                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3210                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
3211                                         if (pc == NULL ||
3212                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
3213                                                 continue;
3214                                         goto next_chunk;
3215                                 }
3216                         } else if (start_di)
3217                                 pmap_delayed_invl_started();
3218                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3219                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3220                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3221                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3222                 }
3223
3224                 /*
3225                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
3226                  */
3227                 freed = 0;
3228                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3229                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
3230                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
3231                                 bit = bsfq(inuse);
3232                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3233                                 va = pv->pv_va;
3234                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3235                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
3236                                         continue;
3237                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3238                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
3239                                         continue;
3240                                 tpte = pte_load_clear(pte);
3241                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
3242                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3243                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
3244                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3245                                         vm_page_dirty(m);
3246                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
3247                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3248                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3249                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3250                                 m->md.pv_gen++;
3251                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3252                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3253                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3254                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
3255                                                 vm_page_aflag_clear(m,
3256                                                     PGA_WRITEABLE);
3257                                         }
3258                                 }
3259                                 pmap_delayed_invl_page(m);
3260                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
3261                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
3262                                 freed++;
3263                         }
3264                 }
3265                 if (freed == 0) {
3266                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3267                         goto next_chunk;
3268                 }
3269                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
3270                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
3271                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
3272                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
3273                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
3274                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3275                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
3276                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
3277                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3278                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3279                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3280                         /* Entire chunk is free; return it. */
3281                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3282                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
3283                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3284                         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3285                         break;
3286                 }
3287                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3288                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3289                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
3290                 if (pmap == locked_pmap)
3291                         break;
3292 next_chunk:
3293                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3294                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pv_chunks, pc, pc_marker, pc_lru);
3295                 if (active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
3296                         /*
3297                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
3298                          * scan the same pv chunks that could not be
3299                          * freed (because they contained a wired
3300                          * and/or superpage mapping) on every
3301                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
3302                          */
3303                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != pc_marker) {
3304                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
3305                                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3306                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3307                         }
3308                 }
3309         }
3310         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker, pc_lru);
3311         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc_marker_end, pc_lru);
3312         active_reclaims--;
3313         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3314         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
3315         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
3316                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
3317                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
3318                 /* Recycle a freed page table page. */
3319                 m_pc->wire_count = 1;
3320         }
3321         pmap_free_zero_pages(&free);
3322         return (m_pc);
3323 }
3324
3325 /*
3326  * free the pv_entry back to the free list
3327  */
3328 static void
3329 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
3330 {
3331         struct pv_chunk *pc;
3332         int idx, field, bit;
3333
3334         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3335         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
3336         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
3337         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
3338         pc = pv_to_chunk(pv);
3339         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
3340         field = idx / 64;
3341         bit = idx % 64;
3342         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
3343         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
3344             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
3345                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
3346                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
3347                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3348                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3349                 }
3350                 return;
3351         }
3352         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3353         free_pv_chunk(pc);
3354 }
3355
3356 static void
3357 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
3358 {
3359         vm_page_t m;
3360
3361         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3362         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3363         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3364         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3365         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
3366         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
3367         /* entire chunk is free, return it */
3368         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
3369         dump_drop_page(m->phys_addr);
3370         vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
3371         vm_page_free(m);
3372 }
3373
3374 /*
3375  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
3376  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
3377  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
3378  * returned.
3379  *
3380  * The given PV list lock may be released.
3381  */
3382 static pv_entry_t
3383 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
3384 {
3385         int bit, field;
3386         pv_entry_t pv;
3387         struct pv_chunk *pc;
3388         vm_page_t m;
3389
3390         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3391         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
3392 retry:
3393         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3394         if (pc != NULL) {
3395                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3396                         if (pc->pc_map[field]) {
3397                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3398                                 break;
3399                         }
3400                 }
3401                 if (field < _NPCM) {
3402                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3403                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3404                         /* If this was the last item, move it to tail */
3405                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
3406                             pc->pc_map[2] == 0) {
3407                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3408                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
3409                                     pc_list);
3410                         }
3411                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3412                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
3413                         return (pv);
3414                 }
3415         }
3416         /* No free items, allocate another chunk */
3417         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3418             VM_ALLOC_WIRED);
3419         if (m == NULL) {
3420                 if (lockp == NULL) {
3421                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
3422                         return (NULL);
3423                 }
3424                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3425                 if (m == NULL)
3426                         goto retry;
3427         }
3428         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3429         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3430         dump_add_page(m->phys_addr);
3431         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3432         pc->pc_pmap = pmap;
3433         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
3434         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3435         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3436         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3437         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
3438         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3439         pv = &pc->pc_pventry[0];
3440         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3441         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
3442         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
3443         return (pv);
3444 }
3445
3446 /*
3447  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
3448  *
3449  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
3450  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
3451  * issue is the spurious dependency on the destination register.
3452  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
3453  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
3454  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
3455  * as well.
3456  *
3457  * Reference numbers for erratas are
3458  * 4th Gen Core: HSD146
3459  * 5th Gen Core: BDM85
3460  * 6th Gen Core: SKL029
3461  */
3462 static int
3463 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
3464 {
3465         u_long result, tmp;
3466
3467         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
3468             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
3469             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
3470             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
3471             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
3472         return (result);
3473 }
3474
3475 /*
3476  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
3477  * exceeds the given count, "needed".
3478  *
3479  * The given PV list lock may be released.
3480  */
3481 static void
3482 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
3483 {
3484         struct pch new_tail;
3485         struct pv_chunk *pc;
3486         int avail, free;
3487         vm_page_t m;
3488
3489         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3490         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
3491
3492         /*
3493          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
3494          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
3495          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
3496          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
3497          */
3498         TAILQ_INIT(&new_tail);
3499 retry:
3500         avail = 0;
3501         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
3502 #ifndef __POPCNT__
3503                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
3504                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
3505                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
3506                 else
3507 #endif
3508                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
3509                 if (free == 0)
3510                         break;
3511                 avail += free;
3512                 if (avail >= needed)
3513                         break;
3514         }
3515         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
3516                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3517                     VM_ALLOC_WIRED);
3518                 if (m == NULL) {
3519                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
3520                         if (m == NULL)
3521                                 goto retry;
3522                 }
3523                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
3524                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
3525                 dump_add_page(m->phys_addr);
3526                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
3527                 pc->pc_pmap = pmap;
3528                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
3529                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
3530                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
3531                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3532                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
3533                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
3534         }
3535         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
3536                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
3537                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
3538                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
3539         }
3540 }
3541
3542 /*
3543  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
3544  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
3545  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
3546  * 2MB page mappings.
3547  */
3548 static __inline pv_entry_t
3549 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3550 {
3551         pv_entry_t pv;
3552
3553         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
3554                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
3555                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3556                         pvh->pv_gen++;
3557                         break;
3558                 }
3559         }
3560         return (pv);
3561 }
3562
3563 /*
3564  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
3565  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
3566  * entries for each of the 4KB page mappings.
3567  */
3568 static void
3569 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3570     struct rwlock **lockp)
3571 {
3572         struct md_page *pvh;
3573         struct pv_chunk *pc;
3574         pv_entry_t pv;
3575         vm_offset_t va_last;
3576         vm_page_t m;
3577         int bit, field;
3578
3579         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3580         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3581             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3582         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3583
3584         /*
3585          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
3586          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
3587          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
3588          */
3589         pvh = pa_to_pvh(pa);
3590         va = trunc_2mpage(va);
3591         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3592         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
3593         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3594         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3595         m->md.pv_gen++;
3596         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3597         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
3598         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3599         for (;;) {
3600                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
3601                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
3602                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
3603                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
3604                         while (pc->pc_map[field]) {
3605                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
3606                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
3607                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
3608                                 va += PAGE_SIZE;
3609                                 pv->pv_va = va;
3610                                 m++;
3611                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3612                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
3613                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3614                                 m->md.pv_gen++;
3615                                 if (va == va_last)
3616                                         goto out;
3617                         }
3618                 }
3619                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3620                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3621         }
3622 out:
3623         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
3624                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3625                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
3626         }
3627         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
3628         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
3629 }
3630
3631 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
3632 /*
3633  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
3634  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
3635  * for the 2MB page mapping.
3636  */
3637 static void
3638 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
3639     struct rwlock **lockp)
3640 {
3641         struct md_page *pvh;
3642         pv_entry_t pv;
3643         vm_offset_t va_last;
3644         vm_page_t m;
3645
3646         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
3647             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
3648         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3649
3650         /*
3651          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
3652          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
3653          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
3654          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
3655          * mappings that is being promoted.
3656          */
3657         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
3658         va = trunc_2mpage(va);
3659         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
3660         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
3661         pvh = pa_to_pvh(pa);
3662         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3663         pvh->pv_gen++;
3664         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
3665         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
3666         do {
3667                 m++;
3668                 va += PAGE_SIZE;
3669                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3670         } while (va < va_last);
3671 }
3672 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
3673
3674 /*
3675  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
3676  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
3677  * page mappings.
3678  */
3679 static void
3680 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3681 {
3682         pv_entry_t pv;
3683
3684         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
3685         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
3686         free_pv_entry(pmap, pv);
3687 }
3688
3689 /*
3690  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
3691  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
3692  */
3693 static boolean_t
3694 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
3695     struct rwlock **lockp)
3696 {
3697         pv_entry_t pv;
3698
3699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3700         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3701         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
3702                 pv->pv_va = va;
3703                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3704                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3705                 m->md.pv_gen++;
3706                 return (TRUE);
3707         } else
3708                 return (FALSE);
3709 }
3710
3711 /*
3712  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
3713  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
3714  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
3715  */
3716 static bool
3717 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
3718     struct rwlock **lockp)
3719 {
3720         struct md_page *pvh;
3721         pv_entry_t pv;
3722         vm_paddr_t pa;
3723
3724         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3725         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
3726         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
3727             NULL : lockp)) == NULL)
3728                 return (false);
3729         pv->pv_va = va;
3730         pa = pde & PG_PS_FRAME;
3731         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
3732         pvh = pa_to_pvh(pa);
3733         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
3734         pvh->pv_gen++;
3735         return (true);
3736 }
3737
3738 /*
3739  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
3740  */
3741 static void
3742 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
3743 {
3744         pt_entry_t *pte;
3745
3746         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
3747                 *pte = newpte;
3748                 newpte += PAGE_SIZE;
3749         }
3750 }
3751
3752 /*
3753  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
3754  * mapping is invalidated.
3755  */
3756 static boolean_t
3757 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3758 {
3759         struct rwlock *lock;
3760         boolean_t rv;
3761
3762         lock = NULL;
3763         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
3764         if (lock != NULL)
3765                 rw_wunlock(lock);
3766         return (rv);
3767 }
3768
3769 static boolean_t
3770 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3771     struct rwlock **lockp)
3772 {
3773         pd_entry_t newpde, oldpde;
3774         pt_entry_t *firstpte, newpte;
3775         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
3776         vm_paddr_t mptepa;
3777         vm_page_t mpte;
3778         struct spglist free;
3779         vm_offset_t sva;
3780         int PG_PTE_CACHE;
3781
3782         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3783         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3784         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3785         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3786         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3787         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
3788
3789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3790         oldpde = *pde;
3791         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
3792             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
3793         if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va)) ==
3794             NULL) {
3795                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
3796                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
3797                     " is missing"));
3798
3799                 /*
3800                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
3801                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
3802                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
3803                  * the direct map region of the kernel's address space, then
3804                  * the page allocation request specifies the highest possible
3805                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
3806                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
3807                  * part of the kernel address space, so the direct map region
3808                  * is the only part of the kernel address space that must be
3809                  * handled here.
3810                  */
3811                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
3812                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
3813                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
3814                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
3815                         SLIST_INIT(&free);
3816                         sva = trunc_2mpage(va);
3817                         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
3818                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
3819                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
3820                         pmap_free_zero_pages(&free);
3821                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
3822                             " in pmap %p", va, pmap);
3823                         return (FALSE);
3824                 }
3825                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3826                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3827         }
3828         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3829         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
3830         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
3831         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
3832             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
3833         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
3834             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
3835         newpte = oldpde & ~PG_PS;
3836         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
3837
3838         /*
3839          * If the page table page is new, initialize it.
3840          */
3841         if (mpte->wire_count == 1) {
3842                 mpte->wire_count = NPTEPG;
3843                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3844         }
3845         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
3846             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
3847             " addresses"));
3848
3849         /*
3850          * If the mapping has changed attributes, update the page table
3851          * entries.
3852          */
3853         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
3854                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
3855
3856         /*
3857          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
3858          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
3859          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
3860          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
3861          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
3862          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
3863          */
3864         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3865                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
3866
3867         /*
3868          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
3869          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
3870          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
3871          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
3872          * the read above and the store below. 
3873          */
3874         if (workaround_erratum383)
3875                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3876         else
3877                 pde_store(pde, newpde);
3878
3879         /*
3880          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3881          */
3882         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3883                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3884
3885         /*
3886          * Demote the PV entry.
3887          */
3888         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3889                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3890
3891         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3892         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3893             " in pmap %p", va, pmap);
3894         return (TRUE);
3895 }
3896
3897 /*
3898  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3899  */
3900 static void
3901 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3902 {
3903         pd_entry_t newpde;
3904         vm_paddr_t mptepa;
3905         vm_page_t mpte;
3906
3907         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
3908         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3909         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
3910         if (mpte == NULL)
3911                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3912
3913         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3914         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
3915
3916         /*
3917          * Initialize the page table page.
3918          */
3919         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3920
3921         /*
3922          * Demote the mapping.
3923          */
3924         if (workaround_erratum383)
3925                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3926         else
3927                 pde_store(pde, newpde);
3928
3929         /*
3930          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3931          */
3932         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3933 }
3934
3935 /*
3936  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3937  */
3938 static int
3939 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3940     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3941 {
3942         struct md_page *pvh;
3943         pd_entry_t oldpde;
3944         vm_offset_t eva, va;
3945         vm_page_t m, mpte;
3946         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
3947
3948         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
3949         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3950         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3951         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3952
3953         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3954         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3955             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3956         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3957         if (oldpde & PG_W)
3958                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3959         if ((oldpde & PG_G) != 0)
3960                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
3961         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3962         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3963                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3964                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3965                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3966                 eva = sva + NBPDR;
3967                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3968                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3969                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3970                                 vm_page_dirty(m);
3971                         if (oldpde & PG_A)
3972                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3973                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3974                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3975                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3976                         pmap_delayed_invl_page(m);
3977                 }
3978         }
3979         if (pmap == kernel_pmap) {
3980                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3981         } else {
3982                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
3983                 if (mpte != NULL) {
3984                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3985                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3986                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3987                         mpte->wire_count = 0;
3988                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3989                 }
3990         }
3991         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3992 }
3993
3994 /*
3995  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3996  */
3997 static int
3998 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3999     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4000 {
4001         struct md_page *pvh;
4002         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4003         vm_page_t m;
4004
4005         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4006         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4007         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4008
4009         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4010         oldpte = pte_load_clear(ptq);
4011         if (oldpte & PG_W)
4012                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
4013         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4014         if (oldpte & PG_MANAGED) {
4015                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
4016                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4017                         vm_page_dirty(m);
4018                 if (oldpte & PG_A)
4019                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4020                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4021                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4022                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4023                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4024                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4025                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4026                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4027                 }
4028                 pmap_delayed_invl_page(m);
4029         }
4030         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
4031 }
4032
4033 /*
4034  * Remove a single page from a process address space
4035  */
4036 static void
4037 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
4038     struct spglist *free)
4039 {
4040         struct rwlock *lock;
4041         pt_entry_t *pte, PG_V;
4042
4043         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4044         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4045         if ((*pde & PG_V) == 0)
4046                 return;
4047         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4048         if ((*pte & PG_V) == 0)
4049                 return;
4050         lock = NULL;
4051         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
4052         if (lock != NULL)
4053                 rw_wunlock(lock);
4054         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4055 }
4056
4057 /*
4058  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
4059  */
4060 static bool
4061 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
4062     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
4063 {
4064         pt_entry_t PG_G, *pte;
4065         vm_offset_t va;
4066         bool anyvalid;
4067
4068         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4069         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4070         anyvalid = false;
4071         va = eva;
4072         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
4073             sva += PAGE_SIZE) {
4074                 if (*pte == 0) {
4075                         if (va != eva) {
4076                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4077                                 va = eva;
4078                         }
4079                         continue;
4080                 }
4081                 if ((*pte & PG_G) == 0)
4082                         anyvalid = true;
4083                 else if (va == eva)
4084                         va = sva;
4085                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
4086                         sva += PAGE_SIZE;
4087                         break;
4088                 }
4089         }
4090         if (va != eva)
4091                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
4092         return (anyvalid);
4093 }
4094
4095 /*
4096  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
4097  *
4098  *      It is assumed that the start and end are properly
4099  *      rounded to the page size.
4100  */
4101 void
4102 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
4103 {
4104         struct rwlock *lock;
4105         vm_offset_t va_next;
4106         pml4_entry_t *pml4e;
4107         pdp_entry_t *pdpe;
4108         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4109         pt_entry_t PG_G, PG_V;
4110         struct spglist free;
4111         int anyvalid;
4112
4113         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4114         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4115
4116         /*
4117          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
4118          */
4119         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4120                 return;
4121
4122         anyvalid = 0;
4123         SLIST_INIT(&free);
4124
4125         pmap_delayed_invl_started();
4126         PMAP_LOCK(pmap);
4127
4128         /*
4129          * special handling of removing one page.  a very
4130          * common operation and easy to short circuit some
4131          * code.
4132          */
4133         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
4134                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
4135                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
4136                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
4137                         goto out;
4138                 }
4139         }
4140
4141         lock = NULL;
4142         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4143
4144                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
4145                         break;
4146
4147                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4148                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4149                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4150                         if (va_next < sva)
4151                                 va_next = eva;
4152                         continue;
4153                 }
4154
4155                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4156                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4157                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4158                         if (va_next < sva)
4159                                 va_next = eva;
4160                         continue;
4161                 }
4162
4163                 /*
4164                  * Calculate index for next page table.
4165                  */
4166                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4167                 if (va_next < sva)
4168                         va_next = eva;
4169
4170                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4171                 ptpaddr = *pde;
4172
4173                 /*
4174                  * Weed out invalid mappings.
4175                  */
4176                 if (ptpaddr == 0)
4177                         continue;
4178
4179                 /*
4180                  * Check for large page.
4181                  */
4182                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4183                         /*
4184                          * Are we removing the entire large page?  If not,
4185                          * demote the mapping and fall through.
4186                          */
4187                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4188                                 /*
4189                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4190                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
4191                                  */
4192                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
4193                                         anyvalid = 1;
4194                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
4195                                 continue;
4196                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
4197                             &lock)) {
4198                                 /* The large page mapping was destroyed. */
4199                                 continue;
4200                         } else
4201                                 ptpaddr = *pde;
4202                 }
4203
4204                 /*
4205                  * Limit our scan to either the end of the va represented
4206                  * by the current page table page, or to the end of the
4207                  * range being removed.
4208                  */
4209                 if (va_next > eva)
4210                         va_next = eva;
4211
4212                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
4213                         anyvalid = 1;
4214         }
4215         if (lock != NULL)
4216                 rw_wunlock(lock);
4217 out:
4218         if (anyvalid)
4219                 pmap_invalidate_all(pmap);
4220         PMAP_UNLOCK(pmap);
4221         pmap_delayed_invl_finished();
4222         pmap_free_zero_pages(&free);
4223 }
4224
4225 /*
4226  *      Routine:        pmap_remove_all
4227  *      Function:
4228  *              Removes this physical page from
4229  *              all physical maps in which it resides.
4230  *              Reflects back modify bits to the pager.
4231  *
4232  *      Notes:
4233  *              Original versions of this routine were very
4234  *              inefficient because they iteratively called
4235  *              pmap_remove (slow...)
4236  */
4237
4238 void
4239 pmap_remove_all(vm_page_t m)
4240 {
4241         struct md_page *pvh;
4242         pv_entry_t pv;
4243         pmap_t pmap;
4244         struct rwlock *lock;
4245         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
4246         pd_entry_t *pde;
4247         vm_offset_t va;
4248         struct spglist free;
4249         int pvh_gen, md_gen;
4250
4251         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4252             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
4253         SLIST_INIT(&free);
4254         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4255         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
4256             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4257 retry:
4258         rw_wlock(lock);
4259         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
4260                 pmap = PV_PMAP(pv);
4261                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4262                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4263                         rw_wunlock(lock);
4264                         PMAP_LOCK(pmap);
4265                         rw_wlock(lock);
4266                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4267                                 rw_wunlock(lock);
4268                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4269                                 goto retry;
4270                         }
4271                 }
4272                 va = pv->pv_va;
4273                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4274                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4275                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4276         }
4277         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
4278                 pmap = PV_PMAP(pv);
4279                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4280                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4281                         md_gen = m->md.pv_gen;
4282                         rw_wunlock(lock);
4283                         PMAP_LOCK(pmap);
4284                         rw_wlock(lock);
4285                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
4286                                 rw_wunlock(lock);
4287                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4288                                 goto retry;
4289                         }
4290                 }
4291                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4292                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4293                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4294                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4295                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4296                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
4297                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
4298                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
4299                 tpte = pte_load_clear(pte);
4300                 if (tpte & PG_W)
4301                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4302                 if (tpte & PG_A)
4303                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4304
4305                 /*
4306                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
4307                  */
4308                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4309                         vm_page_dirty(m);
4310                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
4311                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
4312                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4313                 m->md.pv_gen++;
4314                 free_pv_entry(pmap, pv);
4315                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4316         }
4317         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4318         rw_wunlock(lock);
4319         pmap_delayed_invl_wait(m);
4320         pmap_free_zero_pages(&free);
4321 }
4322
4323 /*
4324  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
4325  */
4326 static boolean_t
4327 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
4328 {
4329         pd_entry_t newpde, oldpde;
4330         vm_offset_t eva, va;
4331         vm_page_t m;
4332         boolean_t anychanged;
4333         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
4334
4335         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4336         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4337         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4338
4339         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4340         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
4341             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
4342         anychanged = FALSE;
4343 retry:
4344         oldpde = newpde = *pde;
4345         if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4346             (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4347                 eva = sva + NBPDR;
4348                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
4349                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
4350                         vm_page_dirty(m);
4351         }
4352         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
4353                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
4354         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4355                 newpde |= pg_nx;
4356         if (newpde != oldpde) {
4357                 /*
4358                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
4359                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
4360                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
4361                  */
4362                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
4363                         goto retry;
4364                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
4365                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
4366                 else
4367                         anychanged = TRUE;
4368         }
4369         return (anychanged);
4370 }
4371
4372 /*
4373  *      Set the physical protection on the
4374  *      specified range of this map as requested.
4375  */
4376 void
4377 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
4378 {
4379         vm_offset_t va_next;
4380         pml4_entry_t *pml4e;
4381         pdp_entry_t *pdpe;
4382         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
4383         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
4384         boolean_t anychanged;
4385
4386         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
4387         if (prot == VM_PROT_NONE) {
4388                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
4389                 return;
4390         }
4391
4392         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
4393             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
4394                 return;
4395
4396         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4397         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4398         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4399         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4400         anychanged = FALSE;
4401
4402         /*
4403          * Although this function delays and batches the invalidation
4404          * of stale TLB entries, it does not need to call
4405          * pmap_delayed_invl_started() and
4406          * pmap_delayed_invl_finished(), because it does not
4407          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
4408          * protection-only changes need only be invalidated before the
4409          * pmap lock is released, because protection-only changes do
4410          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
4411          * a physical page's PV list of mappings, like
4412          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
4413          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
4414          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
4415          * updates.
4416          *
4417          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
4418          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
4419          * invalidated.
4420          */
4421         
4422         PMAP_LOCK(pmap);
4423         for (; sva < eva; sva = va_next) {
4424
4425                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
4426                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4427                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
4428                         if (va_next < sva)
4429                                 va_next = eva;
4430                         continue;
4431                 }
4432
4433                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
4434                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4435                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
4436                         if (va_next < sva)
4437                                 va_next = eva;
4438                         continue;
4439                 }
4440
4441                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
4442                 if (va_next < sva)
4443                         va_next = eva;
4444
4445                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
4446                 ptpaddr = *pde;
4447
4448                 /*
4449                  * Weed out invalid mappings.
4450                  */
4451                 if (ptpaddr == 0)
4452                         continue;
4453
4454                 /*
4455                  * Check for large page.
4456                  */
4457                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
4458                         /*
4459                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
4460                          * demote the mapping and fall through.
4461                          */
4462                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
4463                                 /*
4464                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
4465                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
4466                                  */
4467                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
4468                                         anychanged = TRUE;
4469                                 continue;
4470                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
4471                                 /*
4472                                  * The large page mapping was destroyed.
4473                                  */
4474                                 continue;
4475                         }
4476                 }
4477
4478                 if (va_next > eva)
4479                         va_next = eva;
4480
4481                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
4482                     sva += PAGE_SIZE) {
4483                         pt_entry_t obits, pbits;
4484                         vm_page_t m;
4485
4486 retry:
4487                         obits = pbits = *pte;
4488                         if ((pbits & PG_V) == 0)
4489                                 continue;
4490
4491                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
4492                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
4493                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
4494                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
4495                                         vm_page_dirty(m);
4496                                 }
4497                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
4498                         }
4499                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4500                                 pbits |= pg_nx;
4501
4502                         if (pbits != obits) {
4503                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
4504                                         goto retry;
4505                                 if (obits & PG_G)
4506                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
4507                                 else
4508                                         anychanged = TRUE;
4509                         }
4510                 }
4511         }
4512         if (anychanged)
4513                 pmap_invalidate_all(pmap);
4514         PMAP_UNLOCK(pmap);
4515 }
4516
4517 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4518 /*
4519  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
4520  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
4521  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
4522  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
4523  * identical characteristics. 
4524  */
4525 static void
4526 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
4527     struct rwlock **lockp)
4528 {
4529         pd_entry_t newpde;
4530         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
4531         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4532         vm_page_t mpte;
4533         int PG_PTE_CACHE;
4534
4535         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4536         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4537         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4538         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4539         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4540         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
4541
4542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4543
4544         /*
4545          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
4546          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
4547          * within a 2MB page. 
4548          */
4549         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
4550 setpde:
4551         newpde = *firstpte;
4552         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
4553                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4554                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4555                     " in pmap %p", va, pmap);
4556                 return;
4557         }
4558         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4559                 /*
4560                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
4561                  * a TLB invalidation.
4562                  */
4563                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
4564                         goto setpde;
4565                 newpde &= ~PG_RW;
4566         }
4567
4568         /*
4569          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
4570          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
4571          * characteristics to the first PTE.
4572          */
4573         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
4574         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
4575 setpte:
4576                 oldpte = *pte;
4577                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
4578                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4579                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4580                             " in pmap %p", va, pmap);
4581                         return;
4582                 }
4583                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
4584                         /*
4585                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
4586                          * without a TLB invalidation.
4587                          */
4588                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
4589                                 goto setpte;
4590                         oldpte &= ~PG_RW;
4591                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
4592                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
4593                             (va & ~PDRMASK), pmap);
4594                 }
4595                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
4596                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4597                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
4598                             " in pmap %p", va, pmap);
4599                         return;
4600                 }
4601                 pa -= PAGE_SIZE;
4602         }
4603
4604         /*
4605          * Save the page table page in its current state until the PDE
4606          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
4607          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
4608          */
4609         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4610         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
4611             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4612             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
4613         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
4614             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
4615         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
4616                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
4617                 CTR2(KTR_PMAP,
4618                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
4619                     pmap);
4620                 return;
4621         }
4622
4623         /*
4624          * Promote the pv entries.
4625          */
4626         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
4627                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
4628
4629         /*
4630          * Propagate the PAT index to its proper position.
4631          */
4632         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
4633
4634         /*
4635          * Map the superpage.
4636          */
4637         if (workaround_erratum383)
4638                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
4639         else
4640                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
4641
4642         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
4643         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
4644             " in pmap %p", va, pmap);
4645 }
4646 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4647
4648 /*
4649  *      Insert the given physical page (p) at
4650  *      the specified virtual address (v) in the
4651  *      target physical map with the protection requested.
4652  *
4653  *      If specified, the page will be wired down, meaning
4654  *      that the related pte can not be reclaimed.
4655  *
4656  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
4657  *      or lose information.  That is, this routine must actually
4658  *      insert this page into the given map NOW.
4659  *
4660  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
4661  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
4662  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
4663  */
4664 int
4665 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4666     u_int flags, int8_t psind)
4667 {
4668         struct rwlock *lock;
4669         pd_entry_t *pde;
4670         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4671         pt_entry_t newpte, origpte;
4672         pv_entry_t pv;
4673         vm_paddr_t opa, pa;
4674         vm_page_t mpte, om;
4675         int rv;
4676         boolean_t nosleep;
4677
4678         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4679         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4680         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4681         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4682         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4683
4684         va = trunc_page(va);
4685         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
4686         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
4687             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
4688             va));
4689         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
4690             va >= kmi.clean_eva,
4691             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
4692         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
4693                 VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m->object);
4694         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
4695             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
4696         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
4697         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
4698         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
4699                 newpte |= PG_M;
4700         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
4701                 newpte |= PG_RW;
4702         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
4703             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
4704         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4705                 newpte |= pg_nx;
4706         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
4707                 newpte |= PG_W;
4708         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4709                 newpte |= PG_U;
4710         if (pmap == kernel_pmap)
4711                 newpte |= PG_G;
4712         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
4713
4714         /*
4715          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
4716          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
4717          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
4718          */
4719         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
4720                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4721                         newpte |= PG_M;
4722         } else
4723                 newpte |= PG_MANAGED;
4724
4725         lock = NULL;
4726         PMAP_LOCK(pmap);
4727         if (psind == 1) {
4728                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
4729                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
4730                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
4731                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
4732                 goto out;
4733         }
4734         mpte = NULL;
4735
4736         /*
4737          * In the case that a page table page is not
4738          * resident, we are creating it here.
4739          */
4740 retry:
4741         pde = pmap_pde(pmap, va);
4742         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
4743             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
4744                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4745                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
4746                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4747                         mpte->wire_count++;
4748                 }
4749         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4750                 /*
4751                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4752                  * deallocated.
4753                  */
4754                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
4755                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
4756                     nosleep ? NULL : &lock);
4757                 if (mpte == NULL && nosleep) {
4758                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
4759                         goto out;
4760                 }
4761                 goto retry;
4762         } else
4763                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
4764
4765         origpte = *pte;
4766
4767         /*
4768          * Is the specified virtual address already mapped?
4769          */
4770         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4771                 /*
4772                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
4773                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
4774                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
4775                  * the PT page will be also.
4776                  */
4777                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
4778                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4779                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
4780                         pmap->pm_stats.wired_count--;
4781
4782                 /*
4783                  * Remove the extra PT page reference.
4784                  */
4785                 if (mpte != NULL) {
4786                         mpte->wire_count--;
4787                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
4788                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
4789                              " va: 0x%lx", va));
4790                 }
4791
4792                 /*
4793                  * Has the physical page changed?
4794                  */
4795                 opa = origpte & PG_FRAME;
4796                 if (opa == pa) {
4797                         /*
4798                          * No, might be a protection or wiring change.
4799                          */
4800                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
4801                             (newpte & PG_RW) != 0)
4802                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4803                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
4804                                 goto unchanged;
4805                         goto validate;
4806                 }
4807         } else {
4808                 /*
4809                  * Increment the counters.
4810                  */
4811                 if ((newpte & PG_W) != 0)
4812                         pmap->pm_stats.wired_count++;
4813                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4814         }
4815
4816         /*
4817          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4818          */
4819         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
4820                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
4821                 pv->pv_va = va;
4822                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
4823                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4824                 m->md.pv_gen++;
4825                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
4826                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
4827         }
4828
4829         /*
4830          * Update the PTE.
4831          */
4832         if ((origpte & PG_V) != 0) {
4833 validate:
4834                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
4835                 opa = origpte & PG_FRAME;
4836                 if (opa != pa) {
4837                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
4838                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
4839                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
4840                                     PG_RW))
4841                                         vm_page_dirty(om);
4842                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4843                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
4844                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
4845                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
4846                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4847                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
4848                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4849                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
4850                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
4851                         }
4852                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
4853                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4854                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
4855                                 vm_page_dirty(m);
4856
4857                         /*
4858                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
4859                          * invalidation may nonetheless be required because
4860                          * the PTE no longer has PG_M set.
4861                          */
4862                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
4863                         /*
4864                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
4865                          */
4866                         goto unchanged;
4867                 }
4868                 if ((origpte & PG_A) != 0)
4869                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4870         } else
4871                 pte_store(pte, newpte);
4872
4873 unchanged:
4874
4875 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4876         /*
4877          * If both the page table page and the reservation are fully
4878          * populated, then attempt promotion.
4879          */
4880         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
4881             pmap_ps_enabled(pmap) &&
4882             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4883             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
4884                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
4885 #endif
4886
4887         rv = KERN_SUCCESS;
4888 out:
4889         if (lock != NULL)
4890                 rw_wunlock(lock);
4891         PMAP_UNLOCK(pmap);
4892         return (rv);
4893 }
4894
4895 /*
4896  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
4897  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
4898  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
4899  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
4900  * PV entry.
4901  */
4902 static bool
4903 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
4904     struct rwlock **lockp)
4905 {
4906         pd_entry_t newpde;
4907         pt_entry_t PG_V;
4908
4909         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4910         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4911         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
4912             PG_PS | PG_V;
4913         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
4914                 newpde |= PG_MANAGED;
4915         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4916                 newpde |= pg_nx;
4917         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
4918                 newpde |= PG_U;
4919         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
4920             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
4921             KERN_SUCCESS);
4922 }
4923
4924 /*
4925  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
4926  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
4927  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
4928  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
4929  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
4930  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
4931  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
4932  *
4933  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
4934  */
4935 static int
4936 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
4937     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
4938 {
4939         struct spglist free;
4940         pd_entry_t oldpde, *pde;
4941         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
4942         vm_page_t mt, pdpg;
4943
4944         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4945         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4946         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
4947             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
4948         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4949         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4950
4951         if ((pdpg = pmap_allocpde(pmap, va, (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ?
4952             NULL : lockp)) == NULL) {
4953                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4954                     " in pmap %p", va, pmap);
4955                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
4956         }
4957         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4958         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4959         oldpde = *pde;
4960         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
4961                 KASSERT(pdpg->wire_count > 1,
4962                     ("pmap_enter_pde: pdpg's wire count is too low"));
4963                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0) {
4964                         pdpg->wire_count--;
4965                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
4966                             " in pmap %p", va, pmap);
4967                         return (KERN_FAILURE);
4968                 }
4969                 /* Break the existing mapping(s). */
4970                 SLIST_INIT(&free);
4971                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
4972                         /*
4973                          * The reference to the PD page that was acquired by
4974                          * pmap_allocpde() ensures that it won't be freed.
4975                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
4976                          * a reserved PT page could be freed.
4977                          */
4978                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
4979                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
4980                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
4981                 } else {
4982                         pmap_delayed_invl_started();
4983                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
4984                             lockp))
4985                                pmap_invalidate_all(pmap);
4986                         pmap_delayed_invl_finished();
4987                 }
4988                 pmap_free_zero_pages(&free);
4989                 if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4990                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
4991                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt)) {
4992                                 /*
4993                                  * XXX Currently, this can't happen because
4994                                  * we do not perform pmap_enter(psind == 1)
4995                                  * on the kernel pmap.
4996                                  */
4997                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
4998                         }
4999                 } else
5000                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
5001                             pde));
5002         }
5003         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
5004                 /*
5005                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
5006                  */
5007                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
5008                         SLIST_INIT(&free);
5009                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, &free)) {
5010                                 /*
5011                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5012                                  * structure caches could nonetheless have
5013                                  * entries that refer to the freed page table
5014                                  * pages.  Invalidate those entries.
5015                                  */
5016                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5017                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5018                         }
5019                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
5020                             " in pmap %p", va, pmap);
5021                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
5022                 }
5023                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
5024                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5025                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
5026                 }
5027         }
5028
5029         /*
5030          * Increment counters.
5031          */
5032         if ((newpde & PG_W) != 0)
5033                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
5034         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5035
5036         /*
5037          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
5038          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
5039          */
5040         pde_store(pde, newpde);
5041
5042         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5043         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
5044             " in pmap %p", va, pmap);
5045         return (KERN_SUCCESS);
5046 }
5047
5048 /*
5049  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
5050  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
5051  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
5052  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
5053  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
5054  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
5055  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
5056  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
5057  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
5058  * corresponding offset from m_start are mapped.
5059  */
5060 void
5061 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
5062     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
5063 {
5064         struct rwlock *lock;
5065         vm_offset_t va;
5066         vm_page_t m, mpte;
5067         vm_pindex_t diff, psize;
5068
5069         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
5070
5071         psize = atop(end - start);
5072         mpte = NULL;
5073         m = m_start;
5074         lock = NULL;
5075         PMAP_LOCK(pmap);
5076         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
5077                 va = start + ptoa(diff);
5078                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
5079                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
5080                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
5081                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
5082                 else
5083                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
5084                             mpte, &lock);
5085                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
5086         }
5087         if (lock != NULL)
5088                 rw_wunlock(lock);
5089         PMAP_UNLOCK(pmap);
5090 }
5091
5092 /*
5093  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
5094  * 1. Current pmap & pmap exists.
5095  * 2. Not wired.
5096  * 3. Read access.
5097  * 4. No page table pages.
5098  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
5099  */
5100
5101 void
5102 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
5103 {
5104         struct rwlock *lock;
5105
5106         lock = NULL;
5107         PMAP_LOCK(pmap);
5108         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
5109         if (lock != NULL)
5110                 rw_wunlock(lock);
5111         PMAP_UNLOCK(pmap);
5112 }
5113
5114 static vm_page_t
5115 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5116     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
5117 {
5118         struct spglist free;
5119         pt_entry_t *pte, PG_V;
5120         vm_paddr_t pa;
5121
5122         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
5123             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
5124             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
5125         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5126         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5127
5128         /*
5129          * In the case that a page table page is not
5130          * resident, we are creating it here.
5131          */
5132         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
5133                 vm_pindex_t ptepindex;
5134                 pd_entry_t *ptepa;
5135
5136                 /*
5137                  * Calculate pagetable page index
5138                  */
5139                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
5140                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
5141                         mpte->wire_count++;
5142                 } else {
5143                         /*
5144                          * Get the page directory entry
5145                          */
5146                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
5147
5148                         /*
5149                          * If the page table page is mapped, we just increment
5150                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
5151                          * attempt to allocate a page table page.  If this
5152                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
5153                          */
5154                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
5155                                 if (*ptepa & PG_PS)
5156                                         return (NULL);
5157                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
5158                                 mpte->wire_count++;
5159                         } else {
5160                                 /*
5161                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
5162                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
5163                                  */
5164                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
5165                                 if (mpte == NULL)
5166                                         return (mpte);
5167                         }
5168                 }
5169                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
5170                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
5171         } else {
5172                 mpte = NULL;
5173                 pte = vtopte(va);
5174         }
5175         if (*pte) {
5176                 if (mpte != NULL) {
5177                         mpte->wire_count--;
5178                         mpte = NULL;
5179                 }
5180                 return (mpte);
5181         }
5182
5183         /*
5184          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
5185          */
5186         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
5187             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
5188                 if (mpte != NULL) {
5189                         SLIST_INIT(&free);
5190                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
5191                                 /*
5192                                  * Although "va" is not mapped, paging-
5193                                  * structure caches could nonetheless have
5194                                  * entries that refer to the freed page table
5195                                  * pages.  Invalidate those entries.
5196                                  */
5197                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5198                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5199                         }
5200                         mpte = NULL;
5201                 }
5202                 return (mpte);
5203         }
5204
5205         /*
5206          * Increment counters
5207          */
5208         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5209
5210         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
5211         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5212                 pa |= pg_nx;
5213
5214         /*
5215          * Now validate mapping with RO protection
5216          */
5217         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5218                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
5219         else
5220                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
5221         return (mpte);
5222 }
5223
5224 /*
5225  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
5226  * to be used for panic dumps.
5227  */
5228 void *
5229 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
5230 {
5231         vm_offset_t va;
5232
5233         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
5234         pmap_kenter(va, pa);
5235         invlpg(va);
5236         return ((void *)crashdumpmap);
5237 }
5238
5239 /*
5240  * This code maps large physical mmap regions into the
5241  * processor address space.  Note that some shortcuts
5242  * are taken, but the code works.
5243  */
5244 void
5245 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
5246     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
5247 {
5248         pd_entry_t *pde;
5249         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5250         vm_paddr_t pa, ptepa;
5251         vm_page_t p, pdpg;
5252         int pat_mode;
5253
5254         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5255         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5256         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5257         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5258
5259         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
5260         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
5261             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
5262         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
5263                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
5264                         return;
5265                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
5266                         return;
5267                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
5268                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5269                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5270                 pat_mode = p->md.pat_mode;
5271
5272                 /*
5273                  * Abort the mapping if the first page is not physically
5274                  * aligned to a 2MB page boundary.
5275                  */
5276                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
5277                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
5278                         return;
5279
5280                 /*
5281                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
5282                  * the pages are not physically contiguous or have differing
5283                  * memory attributes.
5284                  */
5285                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5286                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
5287                     pa += PAGE_SIZE) {
5288                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5289                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
5290                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
5291                             pat_mode != p->md.pat_mode)
5292                                 return;
5293                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
5294                 }
5295
5296                 /*
5297                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
5298                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
5299                  * will not affect the termination of this loop.
5300                  */ 
5301                 PMAP_LOCK(pmap);
5302                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
5303                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
5304                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
5305                         if (pdpg == NULL) {
5306                                 /*
5307                                  * The creation of mappings below is only an
5308                                  * optimization.  If a page directory page
5309                                  * cannot be allocated without blocking,
5310                                  * continue on to the next mapping rather than
5311                                  * blocking.
5312                                  */
5313                                 addr += NBPDR;
5314                                 continue;
5315                         }
5316                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
5317                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5318                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
5319                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
5320                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
5321                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5322                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5323                         } else {
5324                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
5325                                 pdpg->wire_count--;
5326                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
5327                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
5328                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
5329                         }
5330                         addr += NBPDR;
5331                 }
5332                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5333         }
5334 }
5335
5336 /*
5337  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
5338  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
5339  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
5340  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
5341  *
5342  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
5343  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
5344  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
5345  *      pmap_delayed_invl_started()/finished() calls around the
5346  *      function are not needed.
5347  */
5348 void
5349 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5350 {
5351         vm_offset_t va_next;
5352         pml4_entry_t *pml4e;
5353         pdp_entry_t *pdpe;
5354         pd_entry_t *pde;
5355         pt_entry_t *pte, PG_V;
5356
5357         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5358         PMAP_LOCK(pmap);
5359         for (; sva < eva; sva = va_next) {
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                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5368                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5369                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5370                         if (va_next < sva)
5371                                 va_next = eva;
5372                         continue;
5373                 }
5374                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5375                 if (va_next < sva)
5376                         va_next = eva;
5377                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5378                 if ((*pde & PG_V) == 0)
5379                         continue;
5380                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5381                         if ((*pde & PG_W) == 0)
5382                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
5383                                     (uintmax_t)*pde);
5384
5385                         /*
5386                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
5387                          * demote the mapping and fall through.
5388                          */
5389                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5390                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
5391                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
5392                                     PAGE_SIZE;
5393                                 continue;
5394                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
5395                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
5396                 }
5397                 if (va_next > eva)
5398                         va_next = eva;
5399                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5400                     sva += PAGE_SIZE) {
5401                         if ((*pte & PG_V) == 0)
5402                                 continue;
5403                         if ((*pte & PG_W) == 0)
5404                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
5405                                     (uintmax_t)*pte);
5406
5407                         /*
5408                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
5409                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
5410                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
5411                          */
5412                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
5413                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5414                 }
5415         }
5416         PMAP_UNLOCK(pmap);
5417 }
5418
5419 /*
5420  *      Copy the range specified by src_addr/len
5421  *      from the source map to the range dst_addr/len
5422  *      in the destination map.
5423  *
5424  *      This routine is only advisory and need not do anything.
5425  */
5426
5427 void
5428 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
5429     vm_offset_t src_addr)
5430 {
5431         struct rwlock *lock;
5432         struct spglist free;
5433         vm_offset_t addr;
5434         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
5435         vm_offset_t va_next;
5436         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
5437         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_V;
5438
5439         if (dst_addr != src_addr)
5440                 return;
5441
5442         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
5443                 return;
5444
5445         /*
5446          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
5447          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
5448          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
5449          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
5450          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
5451          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
5452          */
5453         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
5454                 return;
5455
5456         lock = NULL;
5457         if (dst_pmap < src_pmap) {
5458                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5459                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5460         } else {
5461                 PMAP_LOCK(src_pmap);
5462                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
5463         }
5464
5465         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
5466         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
5467         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
5468
5469         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
5470                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
5471                 pml4_entry_t *pml4e;
5472                 pdp_entry_t *pdpe;
5473                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
5474
5475                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
5476                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
5477
5478                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
5479                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5480                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
5481                         if (va_next < addr)
5482                                 va_next = end_addr;
5483                         continue;
5484                 }
5485
5486                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
5487                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5488                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
5489                         if (va_next < addr)
5490                                 va_next = end_addr;
5491                         continue;
5492                 }
5493
5494                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
5495                 if (va_next < addr)
5496                         va_next = end_addr;
5497
5498                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
5499                 srcptepaddr = *pde;
5500                 if (srcptepaddr == 0)
5501                         continue;
5502                         
5503                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
5504                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
5505                                 continue;
5506                         dst_pdpg = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
5507                         if (dst_pdpg == NULL)
5508                                 break;
5509                         pde = (pd_entry_t *)
5510                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dst_pdpg));
5511                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
5512                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
5513                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
5514                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
5515                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
5516                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5517                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
5518                         } else
5519                                 dst_pdpg->wire_count--;
5520                         continue;
5521                 }
5522
5523                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
5524                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
5525                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
5526                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
5527
5528                 if (va_next > end_addr)
5529                         va_next = end_addr;
5530
5531                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
5532                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
5533                 dstmpte = NULL;
5534                 while (addr < va_next) {
5535                         pt_entry_t ptetemp;
5536                         ptetemp = *src_pte;
5537                         /*
5538                          * we only virtual copy managed pages
5539                          */
5540                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
5541                                 if (dstmpte != NULL &&
5542                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
5543                                         dstmpte->wire_count++;
5544                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
5545                                     addr, NULL)) == NULL)
5546                                         goto out;
5547                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
5548                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
5549                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
5550                                 if (*dst_pte == 0 &&
5551                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
5552                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
5553                                     &lock)) {
5554                                         /*
5555                                          * Clear the wired, modified, and
5556                                          * accessed (referenced) bits
5557                                          * during the copy.
5558                                          */
5559                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
5560                                             PG_A);
5561                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
5562                                 } else {
5563                                         SLIST_INIT(&free);
5564                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
5565                                             dstmpte, &free)) {
5566                                                 /*
5567                                                  * Although "addr" is not
5568                                                  * mapped, paging-structure
5569                                                  * caches could nonetheless
5570                                                  * have entries that refer to
5571                                                  * the freed page table pages.
5572                                                  * Invalidate those entries.
5573                                                  */
5574                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
5575                                                     addr);
5576                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
5577                                         }
5578                                         goto out;
5579                                 }
5580                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
5581                                         break;
5582                         }
5583                         addr += PAGE_SIZE;
5584                         src_pte++;
5585                 }
5586         }
5587 out:
5588         if (lock != NULL)
5589                 rw_wunlock(lock);
5590         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
5591         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
5592 }
5593
5594 /*
5595  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
5596  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5597  */
5598 void
5599 pmap_zero_page(vm_page_t m)
5600 {
5601         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5602
5603         pagezero((void *)va);
5604 }
5605
5606 /*
5607  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
5608  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
5609  *
5610  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
5611  */
5612 void
5613 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
5614 {
5615         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5616
5617         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
5618                 pagezero((void *)va);
5619         else
5620                 bzero((char *)va + off, size);
5621 }
5622
5623 /*
5624  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
5625  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
5626  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
5627  *      outside of Giant.
5628  */
5629 void
5630 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
5631 {
5632         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5633
5634         pagezero((void *)va);
5635 }
5636
5637 /*
5638  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
5639  *      page by mapping the page into virtual memory and using
5640  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
5641  *      time.
5642  */
5643 void
5644 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
5645 {
5646         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
5647         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
5648
5649         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
5650 }
5651
5652 int unmapped_buf_allowed = 1;
5653
5654 void
5655 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
5656     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
5657 {
5658         void *a_cp, *b_cp;
5659         vm_page_t pages[2];
5660         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
5661         int cnt;
5662         boolean_t mapped;
5663
5664         while (xfersize > 0) {
5665                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
5666                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
5667                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
5668                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
5669                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
5670                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
5671                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5672                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
5673                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
5674                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
5675                 if (__predict_false(mapped))
5676                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
5677                 a_offset += cnt;
5678                 b_offset += cnt;
5679                 xfersize -= cnt;
5680         }
5681 }
5682
5683 /*
5684  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
5685  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
5686  * be changed upwards or downwards in the future; it
5687  * is only necessary that true be returned for a small
5688  * subset of pmaps for proper page aging.
5689  */
5690 boolean_t
5691 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
5692 {
5693         struct md_page *pvh;
5694         struct rwlock *lock;
5695         pv_entry_t pv;
5696         int loops = 0;
5697         boolean_t rv;
5698
5699         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5700             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
5701         rv = FALSE;
5702         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5703         rw_rlock(lock);
5704         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5705                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5706                         rv = TRUE;
5707                         break;
5708                 }
5709                 loops++;
5710                 if (loops >= 16)
5711                         break;
5712         }
5713         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5714                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5715                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5716                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
5717                                 rv = TRUE;
5718                                 break;
5719                         }
5720                         loops++;
5721                         if (loops >= 16)
5722                                 break;
5723                 }
5724         }
5725         rw_runlock(lock);
5726         return (rv);
5727 }
5728
5729 /*
5730  *      pmap_page_wired_mappings:
5731  *
5732  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
5733  *      that are wired.
5734  */
5735 int
5736 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
5737 {
5738         struct rwlock *lock;
5739         struct md_page *pvh;
5740         pmap_t pmap;
5741         pt_entry_t *pte;
5742         pv_entry_t pv;
5743         int count, md_gen, pvh_gen;
5744
5745         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5746                 return (0);
5747         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5748         rw_rlock(lock);
5749 restart:
5750         count = 0;
5751         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5752                 pmap = PV_PMAP(pv);
5753                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5754                         md_gen = m->md.pv_gen;
5755                         rw_runlock(lock);
5756                         PMAP_LOCK(pmap);
5757                         rw_rlock(lock);
5758                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
5759                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5760                                 goto restart;
5761                         }
5762                 }
5763                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
5764                 if ((*pte & PG_W) != 0)
5765                         count++;
5766                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5767         }
5768         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5769                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5770                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5771                         pmap = PV_PMAP(pv);
5772                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5773                                 md_gen = m->md.pv_gen;
5774                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
5775                                 rw_runlock(lock);
5776                                 PMAP_LOCK(pmap);
5777                                 rw_rlock(lock);
5778                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
5779                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5780                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5781                                         goto restart;
5782                                 }
5783                         }
5784                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5785                         if ((*pte & PG_W) != 0)
5786                                 count++;
5787                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5788                 }
5789         }
5790         rw_runlock(lock);
5791         return (count);
5792 }
5793
5794 /*
5795  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
5796  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
5797  */
5798 boolean_t
5799 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
5800 {
5801         struct rwlock *lock;
5802         boolean_t rv;
5803
5804         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
5805                 return (FALSE);
5806         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5807         rw_rlock(lock);
5808         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
5809             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5810             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
5811         rw_runlock(lock);
5812         return (rv);
5813 }
5814
5815 /*
5816  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
5817  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
5818  * caller.
5819  *
5820  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
5821  * is not intended for general use.  It is only to be used during
5822  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
5823  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
5824  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
5825  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
5826  * have to test and clear the page table entries atomically, because
5827  * no processor is currently accessing the user address space.  In
5828  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
5829  * this function starts.
5830  *
5831  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
5832  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
5833  * entries without calling pmap_delayed_invl_started() and
5834  * pmap_delayed_invl_finished().  Because the pmap is not active on
5835  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
5836  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
5837  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
5838  * that eventual TLB invalidation.
5839  */
5840 void
5841 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
5842 {
5843         pd_entry_t ptepde;
5844         pt_entry_t *pte, tpte;
5845         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
5846         struct spglist free;
5847         vm_page_t m, mpte, mt;
5848         pv_entry_t pv;
5849         struct md_page *pvh;
5850         struct pv_chunk *pc, *npc;
5851         struct rwlock *lock;
5852         int64_t bit;
5853         uint64_t inuse, bitmask;
5854         int allfree, field, freed, idx;
5855         boolean_t superpage;
5856         vm_paddr_t pa;
5857
5858         /*
5859          * Assert that the given pmap is only active on the current
5860          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
5861          * activating the pmap while this function is executing.
5862          */
5863         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
5864 #ifdef INVARIANTS
5865         {
5866                 cpuset_t other_cpus;
5867
5868                 other_cpus = all_cpus;
5869                 critical_enter();
5870                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
5871                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
5872                 critical_exit();
5873                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
5874         }
5875 #endif
5876
5877         lock = NULL;
5878         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5879         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5880         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5881
5882         SLIST_INIT(&free);
5883         PMAP_LOCK(pmap);
5884         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
5885                 allfree = 1;
5886                 freed = 0;
5887                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5888                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
5889                         while (inuse != 0) {
5890                                 bit = bsfq(inuse);
5891                                 bitmask = 1UL << bit;
5892                                 idx = field * 64 + bit;
5893                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
5894                                 inuse &= ~bitmask;
5895
5896                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
5897                                 ptepde = *pte;
5898                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
5899                                 tpte = *pte;
5900                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
5901                                         superpage = FALSE;
5902                                         ptepde = tpte;
5903                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
5904                                             PG_FRAME);
5905                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
5906                                         tpte = *pte;
5907                                 } else {
5908                                         /*
5909                                          * Keep track whether 'tpte' is a
5910                                          * superpage explicitly instead of
5911                                          * relying on PG_PS being set.
5912                                          *
5913                                          * This is because PG_PS is numerically
5914                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
5915                                          * regular page could be mistaken for
5916                                          * a superpage.
5917                                          */
5918                                         superpage = TRUE;
5919                                 }
5920
5921                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
5922                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
5923                                             pv->pv_va, tpte);
5924                                 }
5925
5926 /*
5927  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
5928  */
5929                                 if (tpte & PG_W) {
5930                                         allfree = 0;
5931                                         continue;
5932                                 }
5933
5934                                 if (superpage)
5935                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
5936                                 else
5937                                         pa = tpte & PG_FRAME;
5938
5939                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5940                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
5941                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
5942                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
5943                                     (uintmax_t)tpte));
5944
5945                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5946                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5947                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
5948                                     (uintmax_t)tpte));
5949
5950                                 pte_clear(pte);
5951
5952                                 /*
5953                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
5954                                  */
5955                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5956                                         if (superpage) {
5957                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5958                                                         vm_page_dirty(mt);
5959                                         } else
5960                                                 vm_page_dirty(m);
5961                                 }
5962
5963                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
5964
5965                                 /* Mark free */
5966                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
5967                                 if (superpage) {
5968                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5969                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
5970                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5971                                         pvh->pv_gen++;
5972                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
5973                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5974                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5975                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
5976                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
5977                                         }
5978                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
5979                                         if (mpte != NULL) {
5980                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5981                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
5982                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
5983                                                 mpte->wire_count = 0;
5984                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
5985                                         }
5986                                 } else {
5987                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5988                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5989                                         m->md.pv_gen++;
5990                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
5991                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5992                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5993                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5994                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5995                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5996                                         }
5997                                 }
5998                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
5999                                 freed++;
6000                         }
6001                 }
6002                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
6003                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
6004                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
6005                 if (allfree) {
6006                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
6007                         free_pv_chunk(pc);
6008                 }
6009         }
6010         if (lock != NULL)
6011                 rw_wunlock(lock);
6012         pmap_invalidate_all(pmap);
6013         PMAP_UNLOCK(pmap);
6014         pmap_free_zero_pages(&free);
6015 }
6016
6017 static boolean_t
6018 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
6019 {
6020         struct rwlock *lock;
6021         pv_entry_t pv;
6022         struct md_page *pvh;
6023         pt_entry_t *pte, mask;
6024         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6025         pmap_t pmap;
6026         int md_gen, pvh_gen;
6027         boolean_t rv;
6028
6029         rv = FALSE;
6030         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6031         rw_rlock(lock);
6032 restart:
6033         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6034                 pmap = PV_PMAP(pv);
6035                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6036                         md_gen = m->md.pv_gen;
6037                         rw_runlock(lock);
6038                         PMAP_LOCK(pmap);
6039                         rw_rlock(lock);
6040                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
6041                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6042                                 goto restart;
6043                         }
6044                 }
6045                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
6046                 mask = 0;
6047                 if (modified) {
6048                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6049                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6050                         mask |= PG_RW | PG_M;
6051                 }
6052                 if (accessed) {
6053                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6054                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6055                         mask |= PG_V | PG_A;
6056                 }
6057                 rv = (*pte & mask) == mask;
6058                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6059                 if (rv)
6060                         goto out;
6061         }
6062         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
6063                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6064                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
6065                         pmap = PV_PMAP(pv);
6066                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6067                                 md_gen = m->md.pv_gen;
6068                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
6069                                 rw_runlock(lock);
6070                                 PMAP_LOCK(pmap);
6071                                 rw_rlock(lock);
6072                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
6073                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6074                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6075                                         goto restart;
6076                                 }
6077                         }
6078                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6079                         mask = 0;
6080                         if (modified) {
6081                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6082                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6083                                 mask |= PG_RW | PG_M;
6084                         }
6085                         if (accessed) {
6086                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6087                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6088                                 mask |= PG_V | PG_A;
6089                         }
6090                         rv = (*pte & mask) == mask;
6091                         PMAP_UNLOCK(pmap);
6092                         if (rv)
6093                                 goto out;
6094                 }
6095         }
6096 out:
6097         rw_runlock(lock);
6098         return (rv);
6099 }
6100
6101 /*
6102  *      pmap_is_modified:
6103  *
6104  *      Return whether or not the specified physical page was modified
6105  *      in any physical maps.
6106  */
6107 boolean_t
6108 pmap_is_modified(vm_page_t m)
6109 {
6110
6111         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6112             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
6113
6114         /*
6115          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6116          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
6117          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
6118          */
6119         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6120         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6121                 return (FALSE);
6122         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
6123 }
6124
6125 /*
6126  *      pmap_is_prefaultable:
6127  *
6128  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
6129  *      for prefault.
6130  */
6131 boolean_t
6132 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
6133 {
6134         pd_entry_t *pde;
6135         pt_entry_t *pte, PG_V;
6136         boolean_t rv;
6137
6138         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6139         rv = FALSE;
6140         PMAP_LOCK(pmap);
6141         pde = pmap_pde(pmap, addr);
6142         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
6143                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
6144                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
6145         }
6146         PMAP_UNLOCK(pmap);
6147         return (rv);
6148 }
6149
6150 /*
6151  *      pmap_is_referenced:
6152  *
6153  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
6154  *      in any physical maps.
6155  */
6156 boolean_t
6157 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
6158 {
6159
6160         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6161             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
6162         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
6163 }
6164
6165 /*
6166  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
6167  */
6168 void
6169 pmap_remove_write(vm_page_t m)
6170 {
6171         struct md_page *pvh;
6172         pmap_t pmap;
6173         struct rwlock *lock;
6174         pv_entry_t next_pv, pv;
6175         pd_entry_t *pde;
6176         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
6177         vm_offset_t va;
6178         int pvh_gen, md_gen;
6179
6180         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6181             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
6182
6183         /*
6184          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
6185          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
6186          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
6187          */
6188         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6189         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6190                 return;
6191         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6192         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6193             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6194 retry_pv_loop:
6195         rw_wlock(lock);
6196         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6197                 pmap = PV_PMAP(pv);
6198                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6199                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6200                         rw_wunlock(lock);
6201                         PMAP_LOCK(pmap);
6202                         rw_wlock(lock);
6203                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6204                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6205                                 rw_wunlock(lock);
6206                                 goto retry_pv_loop;
6207                         }
6208                 }
6209                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6210                 va = pv->pv_va;
6211                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6212                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
6213                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6214                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6215                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6216                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6217                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6218         }
6219         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6220                 pmap = PV_PMAP(pv);
6221                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6222                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6223                         md_gen = m->md.pv_gen;
6224                         rw_wunlock(lock);
6225                         PMAP_LOCK(pmap);
6226                         rw_wlock(lock);
6227                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
6228                             md_gen != m->md.pv_gen) {
6229                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6230                                 rw_wunlock(lock);
6231                                 goto retry_pv_loop;
6232                         }
6233                 }
6234                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6235                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6236                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6237                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6238                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
6239                     m));
6240                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6241 retry:
6242                 oldpte = *pte;
6243                 if (oldpte & PG_RW) {
6244                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
6245                             ~(PG_RW | PG_M)))
6246                                 goto retry;
6247                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
6248                                 vm_page_dirty(m);
6249                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6250                 }
6251                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6252         }
6253         rw_wunlock(lock);
6254         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6255         pmap_delayed_invl_wait(m);
6256 }
6257
6258 static __inline boolean_t
6259 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
6260 {
6261
6262         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6263                 return (TRUE);
6264
6265         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
6266
6267         /*
6268          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
6269          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
6270          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
6271          */
6272         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
6273                 return (FALSE);
6274
6275         /*
6276          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
6277          */
6278         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
6279             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
6280                 return (TRUE);
6281         else
6282                 return (FALSE);
6283 }
6284
6285 /*
6286  *      pmap_ts_referenced:
6287  *
6288  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
6289  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
6290  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
6291  *      reference bits set.
6292  *
6293  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
6294  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
6295  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
6296  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
6297  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
6298  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
6299  *      to pmap_is_modified().
6300  *
6301  *      A DI block is not needed within this function, because
6302  *      invalidations are performed before the PV list lock is
6303  *      released.
6304  */
6305 int
6306 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
6307 {
6308         struct md_page *pvh;
6309         pv_entry_t pv, pvf;
6310         pmap_t pmap;
6311         struct rwlock *lock;
6312         pd_entry_t oldpde, *pde;
6313         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6314         vm_offset_t va;
6315         vm_paddr_t pa;
6316         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
6317         struct spglist free;
6318         boolean_t demoted;
6319
6320         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6321             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
6322         SLIST_INIT(&free);
6323         cleared = 0;
6324         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6325         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
6326         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
6327         rw_wlock(lock);
6328 retry:
6329         not_cleared = 0;
6330         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
6331                 goto small_mappings;
6332         pv = pvf;
6333         do {
6334                 if (pvf == NULL)
6335                         pvf = pv;
6336                 pmap = PV_PMAP(pv);
6337                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6338                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6339                         rw_wunlock(lock);
6340                         PMAP_LOCK(pmap);
6341                         rw_wlock(lock);
6342                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6343                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6344                                 goto retry;
6345                         }
6346                 }
6347                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6348                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6349                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6350                 va = pv->pv_va;
6351                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6352                 oldpde = *pde;
6353                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6354                         /*
6355                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
6356                          * this function is called at a 4KB page granularity,
6357                          * we only update the 4KB page under test.
6358                          */
6359                         vm_page_dirty(m);
6360                 }
6361                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
6362                         /*
6363                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
6364                          * pages, it should not be cleared every time it is
6365                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
6366                          * physical page number, the virtual superpage number,
6367                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
6368                          * the 512 on which testing the reference bit will
6369                          * result in clearing that reference bit.  This
6370                          * function is designed to avoid the selection of the
6371                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
6372                          *
6373                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
6374                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
6375                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
6376                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
6377                          * since the superpage is wired, the current state of
6378                          * its reference bit won't affect page replacement.
6379                          */
6380                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
6381                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
6382                             (oldpde & PG_W) == 0) {
6383                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
6384                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
6385                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6386                                         demoted = FALSE;
6387                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
6388                                     pv->pv_va, &lock)) {
6389                                         /*
6390                                          * Remove the mapping to a single page
6391                                          * so that a subsequent access may
6392                                          * repromote.  Since the underlying
6393                                          * page table page is fully populated,
6394                                          * this removal never frees a page
6395                                          * table page.
6396                                          */
6397                                         demoted = TRUE;
6398                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6399                                             PG_PS_FRAME);
6400                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6401                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
6402                                             NULL, &lock);
6403                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6404                                 } else
6405                                         demoted = TRUE;
6406
6407                                 if (demoted) {
6408                                         /*
6409                                          * The superpage mapping was removed
6410                                          * entirely and therefore 'pv' is no
6411                                          * longer valid.
6412                                          */
6413                                         if (pvf == pv)
6414                                                 pvf = NULL;
6415                                         pv = NULL;
6416                                 }
6417                                 cleared++;
6418                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6419                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6420                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6421                         } else
6422                                 not_cleared++;
6423                 }
6424                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6425                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6426                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6427                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6428                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
6429                         pvh->pv_gen++;
6430                 }
6431                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
6432                         goto out;
6433         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
6434 small_mappings:
6435         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
6436                 goto out;
6437         pv = pvf;
6438         do {
6439                 if (pvf == NULL)
6440                         pvf = pv;
6441                 pmap = PV_PMAP(pv);
6442                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6443                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6444                         md_gen = m->md.pv_gen;
6445                         rw_wunlock(lock);
6446                         PMAP_LOCK(pmap);
6447                         rw_wlock(lock);
6448                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6449                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6450                                 goto retry;
6451                         }
6452                 }
6453                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6454                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6455                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6456                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6457                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
6458                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
6459                     m));
6460                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6461                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6462                         vm_page_dirty(m);
6463                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
6464                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
6465                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6466                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6467                                 cleared++;
6468                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
6469                                 /*
6470                                  * Wired pages cannot be paged out so
6471                                  * doing accessed bit emulation for
6472                                  * them is wasted effort. We do the
6473                                  * hard work for unwired pages only.
6474                                  */
6475                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
6476                                     *pde, &free, &lock);
6477                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6478                                 cleared++;
6479                                 if (pvf == pv)
6480                                         pvf = NULL;
6481                                 pv = NULL;
6482                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
6483                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
6484                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
6485                         } else
6486                                 not_cleared++;
6487                 }
6488                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6489                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
6490                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
6491                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6492                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6493                         m->md.pv_gen++;
6494                 }
6495         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
6496             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
6497 out:
6498         rw_wunlock(lock);
6499         pmap_free_zero_pages(&free);
6500         return (cleared + not_cleared);
6501 }
6502
6503 /*
6504  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
6505  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
6506  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
6507  */
6508 void
6509 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
6510 {
6511         struct rwlock *lock;
6512         pml4_entry_t *pml4e;
6513         pdp_entry_t *pdpe;
6514         pd_entry_t oldpde, *pde;
6515         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6516         vm_offset_t va, va_next;
6517         vm_page_t m;
6518         boolean_t anychanged;
6519
6520         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
6521                 return;
6522
6523         /*
6524          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
6525          * the modified and accessed bits below. Since this function is
6526          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
6527          * A/D bit emulation.
6528          */
6529         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
6530                 return;
6531
6532         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6533         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6534         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6535         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6536         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6537         anychanged = FALSE;
6538         pmap_delayed_invl_started();
6539         PMAP_LOCK(pmap);
6540         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6541                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6542                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6543                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6544                         if (va_next < sva)
6545                                 va_next = eva;
6546                         continue;
6547                 }
6548                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6549                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6550                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6551                         if (va_next < sva)
6552                                 va_next = eva;
6553                         continue;
6554                 }
6555                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6556                 if (va_next < sva)
6557                         va_next = eva;
6558                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6559                 oldpde = *pde;
6560                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
6561                         continue;
6562                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6563                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
6564                                 continue;
6565                         lock = NULL;
6566                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
6567                                 if (lock != NULL)
6568                                         rw_wunlock(lock);
6569
6570                                 /*
6571                                  * The large page mapping was destroyed.
6572                                  */
6573                                 continue;
6574                         }
6575
6576                         /*
6577                          * Unless the page mappings are wired, remove the
6578                          * mapping to a single page so that a subsequent
6579                          * access may repromote.  Since the underlying page
6580                          * table page is fully populated, this removal never
6581                          * frees a page table page.
6582                          */
6583                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6584                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
6585                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
6586                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
6587                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
6588                                     &lock);
6589                                 anychanged = TRUE;
6590                         }
6591                         if (lock != NULL)
6592                                 rw_wunlock(lock);
6593                 }
6594                 if (va_next > eva)
6595                         va_next = eva;
6596                 va = va_next;
6597                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6598                     sva += PAGE_SIZE) {
6599                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
6600                                 goto maybe_invlrng;
6601                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6602                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
6603                                         /*
6604                                          * Future calls to pmap_is_modified()
6605                                          * can be avoided by making the page
6606                                          * dirty now.
6607                                          */
6608                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
6609                                         vm_page_dirty(m);
6610                                 }
6611                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
6612                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
6613                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
6614                         else
6615                                 goto maybe_invlrng;
6616
6617                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
6618                                 if (va == va_next)
6619                                         va = sva;
6620                         } else
6621                                 anychanged = TRUE;
6622                         continue;
6623 maybe_invlrng:
6624                         if (va != va_next) {
6625                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6626                                 va = va_next;
6627                         }
6628                 }
6629                 if (va != va_next)
6630                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
6631         }
6632         if (anychanged)
6633                 pmap_invalidate_all(pmap);
6634         PMAP_UNLOCK(pmap);
6635         pmap_delayed_invl_finished();
6636 }
6637
6638 /*
6639  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
6640  */
6641 void
6642 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
6643 {
6644         struct md_page *pvh;
6645         pmap_t pmap;
6646         pv_entry_t next_pv, pv;
6647         pd_entry_t oldpde, *pde;
6648         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW, PG_V;
6649         struct rwlock *lock;
6650         vm_offset_t va;
6651         int md_gen, pvh_gen;
6652
6653         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6654             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
6655         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
6656         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
6657             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
6658
6659         /*
6660          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
6661          * If the object containing the page is locked and the page is not
6662          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
6663          */
6664         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
6665                 return;
6666         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6667             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6668         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6669         rw_wlock(lock);
6670 restart:
6671         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
6672                 pmap = PV_PMAP(pv);
6673                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6674                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6675                         rw_wunlock(lock);
6676                         PMAP_LOCK(pmap);
6677                         rw_wlock(lock);
6678                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6679                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6680                                 goto restart;
6681                         }
6682                 }
6683                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6684                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6685                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6686                 va = pv->pv_va;
6687                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6688                 oldpde = *pde;
6689                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
6690                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
6691                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
6692                                         /*
6693                                          * Write protect the mapping to a
6694                                          * single page so that a subsequent
6695                                          * write access may repromote.
6696                                          */
6697                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
6698                                             PG_PS_FRAME);
6699                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6700                                         oldpte = *pte;
6701                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
6702                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
6703                                                     oldpte,
6704                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
6705                                                         oldpte = *pte;
6706                                                 vm_page_dirty(m);
6707                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6708                                         }
6709                                 }
6710                         }
6711                 }
6712                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6713         }
6714         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
6715                 pmap = PV_PMAP(pv);
6716                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6717                         md_gen = m->md.pv_gen;
6718                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6719                         rw_wunlock(lock);
6720                         PMAP_LOCK(pmap);
6721                         rw_wlock(lock);
6722                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6723                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6724                                 goto restart;
6725                         }
6726                 }
6727                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6728                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6729                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6730                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
6731                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6732                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6733                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
6734                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
6735                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6736                 }
6737                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6738         }
6739         rw_wunlock(lock);
6740 }
6741
6742 /*
6743  * Miscellaneous support routines follow
6744  */
6745
6746 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
6747 static __inline void
6748 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits, int mask)
6749 {
6750         u_int opte, npte;
6751
6752         /*
6753          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6754          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6755          */
6756         do {
6757                 opte = *(u_int *)pte;
6758                 npte = opte & ~mask;
6759                 npte |= cache_bits;
6760         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
6761 }
6762
6763 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
6764 static __inline void
6765 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits, int mask)
6766 {
6767         u_int opde, npde;
6768
6769         /*
6770          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
6771          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
6772          */
6773         do {
6774                 opde = *(u_int *)pde;
6775                 npde = opde & ~mask;
6776                 npde |= cache_bits;
6777         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
6778 }
6779
6780 /*
6781  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
6782  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
6783  * routine is intended to be used for mapping device memory,
6784  * NOT real memory.
6785  */
6786 void *
6787 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
6788 {
6789         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6790         vm_offset_t va, offset;
6791         vm_size_t tmpsize;
6792         int i;
6793
6794         offset = pa & PAGE_MASK;
6795         size = round_page(offset + size);
6796         pa = trunc_page(pa);
6797
6798         if (!pmap_initialized) {
6799                 va = 0;
6800                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6801                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6802                         if (ppim->va == 0) {
6803                                 ppim->pa = pa;
6804                                 ppim->sz = size;
6805                                 ppim->mode = mode;
6806                                 ppim->va = virtual_avail;
6807                                 virtual_avail += size;
6808                                 va = ppim->va;
6809                                 break;
6810                         }
6811                 }
6812                 if (va == 0)
6813                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
6814         } else {
6815                 /*
6816                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
6817                  */
6818                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6819                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6820                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
6821                             ppim->mode == mode)
6822                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
6823                 }
6824                 /*
6825                  * If the specified range of physical addresses fits within
6826                  * the direct map window, use the direct map.
6827                  */
6828                 if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
6829                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
6830                         if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
6831                                 return ((void *)(va + offset));
6832                 }
6833                 va = kva_alloc(size);
6834                 if (va == 0)
6835                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
6836         }
6837         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
6838                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
6839         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
6840         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize, FALSE);
6841         return ((void *)(va + offset));
6842 }
6843
6844 void *
6845 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6846 {
6847
6848         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
6849 }
6850
6851 void *
6852 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
6853 {
6854
6855         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
6856 }
6857
6858 void
6859 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
6860 {
6861         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
6862         vm_offset_t offset;
6863         int i;
6864
6865         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
6866         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
6867                 return;
6868         offset = va & PAGE_MASK;
6869         size = round_page(offset + size);
6870         va = trunc_page(va);
6871         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
6872                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
6873                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
6874                         if (pmap_initialized)
6875                                 return;
6876                         ppim->pa = 0;
6877                         ppim->va = 0;
6878                         ppim->sz = 0;
6879                         ppim->mode = 0;
6880                         if (va + size == virtual_avail)
6881                                 virtual_avail = va;
6882                         return;
6883                 }
6884         }
6885         if (pmap_initialized)
6886                 kva_free(va, size);
6887 }
6888
6889 /*
6890  * Tries to demote a 1GB page mapping.
6891  */
6892 static boolean_t
6893 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
6894 {
6895         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
6896         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
6897         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6898         vm_paddr_t pdpgpa;
6899         vm_page_t pdpg;
6900
6901         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6902         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6903         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6904         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6905
6906         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6907         oldpdpe = *pdpe;
6908         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
6909             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
6910         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
6911             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
6912                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
6913                     " in pmap %p", va, pmap);
6914                 return (FALSE);
6915         }
6916         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
6917         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
6918         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
6919         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
6920             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
6921         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
6922             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
6923         newpde = oldpdpe;
6924
6925         /*
6926          * Initialize the page directory page.
6927          */
6928         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
6929                 *pde = newpde;
6930                 newpde += NBPDR;
6931         }
6932
6933         /*
6934          * Demote the mapping.
6935          */
6936         *pdpe = newpdpe;
6937
6938         /*
6939          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
6940          */
6941         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
6942
6943         pmap_pdpe_demotions++;
6944         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
6945             " in pmap %p", va, pmap);
6946         return (TRUE);
6947 }
6948
6949 /*
6950  * Sets the memory attribute for the specified page.
6951  */
6952 void
6953 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
6954 {
6955
6956         m->md.pat_mode = ma;
6957
6958         /*
6959          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
6960          * can be relied upon to perform any cache operations that are
6961          * required for data coherence.
6962          */
6963         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6964             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
6965             m->md.pat_mode))
6966                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
6967 }
6968
6969 /*
6970  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
6971  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
6972  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
6973  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
6974  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
6975  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
6976  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
6977  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
6978  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
6979  * same physical page have different memory types.
6980  *
6981  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
6982  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
6983  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
6984  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
6985  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
6986  * virtual address range or the direct map.
6987  */
6988 int
6989 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
6990 {
6991         int error;
6992
6993         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
6994         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
6995         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
6996         return (error);
6997 }
6998
6999 static int
7000 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
7001 {
7002         vm_offset_t base, offset, tmpva;
7003         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
7004         pdp_entry_t *pdpe;
7005         pd_entry_t *pde;
7006         pt_entry_t *pte;
7007         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
7008         boolean_t changed;
7009
7010         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
7011         base = trunc_page(va);
7012         offset = va & PAGE_MASK;
7013         size = round_page(offset + size);
7014
7015         /*
7016          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
7017          * map but excluding the recursive map.
7018          */
7019         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
7020                 return (EINVAL);
7021
7022         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 1);
7023         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
7024         changed = FALSE;
7025
7026         /*
7027          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
7028          * into 4KB pages if required.
7029          */
7030         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7031                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7032                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0)
7033                         return (EINVAL);
7034                 if (*pdpe & PG_PS) {
7035                         /*
7036                          * If the current 1GB page already has the required
7037                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7038                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
7039                          */
7040                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7041                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7042                                 continue;
7043                         }
7044
7045                         /*
7046                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
7047                          * and there is at least 1GB left within the range, then
7048                          * we need not break down this page into 2MB pages.
7049                          */
7050                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
7051                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
7052                                 tmpva += NBPDP;
7053                                 continue;
7054                         }
7055                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
7056                                 return (ENOMEM);
7057                 }
7058                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7059                 if (*pde == 0)
7060                         return (EINVAL);
7061                 if (*pde & PG_PS) {
7062                         /*
7063                          * If the current 2MB page already has the required
7064                          * memory type, then we need not demote this page. Just
7065                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
7066                          */
7067                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
7068                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7069                                 continue;
7070                         }
7071
7072                         /*
7073                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
7074                          * and there is at least 2MB left within the range, then
7075                          * we need not break down this page into 4KB pages.
7076                          */
7077                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
7078                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
7079                                 tmpva += NBPDR;
7080                                 continue;
7081                         }
7082                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
7083                                 return (ENOMEM);
7084                 }
7085                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7086                 if (*pte == 0)
7087                         return (EINVAL);
7088                 tmpva += PAGE_SIZE;
7089         }
7090         error = 0;
7091
7092         /*
7093          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
7094          * cache mode if required.
7095          */
7096         pa_start = pa_end = 0;
7097         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
7098                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
7099                 if (*pdpe & PG_PS) {
7100                         if ((*pdpe & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7101                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde,
7102                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7103                                 changed = TRUE;
7104                         }
7105                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7106                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7107                                 if (pa_start == pa_end) {
7108                                         /* Start physical address run. */
7109                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7110                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7111                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
7112                                         pa_end += NBPDP;
7113                                 else {
7114                                         /* Run ended, update direct map. */
7115                                         error = pmap_change_attr_locked(
7116                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7117                                             pa_end - pa_start, mode);
7118                                         if (error != 0)
7119                                                 break;
7120                                         /* Start physical address run. */
7121                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
7122                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
7123                                 }
7124                         }
7125                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
7126                         continue;
7127                 }
7128                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
7129                 if (*pde & PG_PS) {
7130                         if ((*pde & X86_PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
7131                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde,
7132                                     X86_PG_PDE_CACHE);
7133                                 changed = TRUE;
7134                         }
7135                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7136                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
7137                                 if (pa_start == pa_end) {
7138                                         /* Start physical address run. */
7139                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7140                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7141                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
7142                                         pa_end += NBPDR;
7143                                 else {
7144                                         /* Run ended, update direct map. */
7145                                         error = pmap_change_attr_locked(
7146                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7147                                             pa_end - pa_start, mode);
7148                                         if (error != 0)
7149                                                 break;
7150                                         /* Start physical address run. */
7151                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
7152                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
7153                                 }
7154                         }
7155                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
7156                 } else {
7157                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
7158                         if ((*pte & X86_PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
7159                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte,
7160                                     X86_PG_PTE_CACHE);
7161                                 changed = TRUE;
7162                         }
7163                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
7164                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
7165                                 if (pa_start == pa_end) {
7166                                         /* Start physical address run. */
7167                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7168                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7169                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
7170                                         pa_end += PAGE_SIZE;
7171                                 else {
7172                                         /* Run ended, update direct map. */
7173                                         error = pmap_change_attr_locked(
7174                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7175                                             pa_end - pa_start, mode);
7176                                         if (error != 0)
7177                                                 break;
7178                                         /* Start physical address run. */
7179                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
7180                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
7181                                 }
7182                         }
7183                         tmpva += PAGE_SIZE;
7184                 }
7185         }
7186         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
7187                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
7188                 if (pa_start != pa_end1)
7189                         error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
7190                             pa_end1 - pa_start, mode);
7191         }
7192
7193         /*
7194          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
7195          * shouldn't be, etc.
7196          */
7197         if (changed) {
7198                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
7199                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva, FALSE);
7200         }
7201         return (error);
7202 }
7203
7204 /*
7205  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
7206  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
7207  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
7208  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
7209  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
7210  */
7211 void
7212 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
7213 {
7214         pdp_entry_t *pdpe;
7215         pd_entry_t *pde;
7216         vm_offset_t va;
7217         boolean_t changed;
7218
7219         if (len == 0)
7220                 return;
7221         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
7222         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
7223             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
7224         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
7225                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
7226                 changed = FALSE;
7227                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
7228                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
7229                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
7230                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
7231                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7232                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
7233                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
7234                         changed = TRUE;
7235                 }
7236                 if (len < NBPDR) {
7237                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
7238                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
7239                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
7240                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7241                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
7242                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
7243                                 changed = TRUE;
7244                         }
7245                 }
7246                 if (changed && invalidate)
7247                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
7248                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
7249         }
7250 }
7251
7252 /*
7253  * perform the pmap work for mincore
7254  */
7255 int
7256 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
7257 {
7258         pd_entry_t *pdep;
7259         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7260         vm_paddr_t pa;
7261         int val;
7262
7263         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7264         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7265         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7266         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7267
7268         PMAP_LOCK(pmap);
7269 retry:
7270         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
7271         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
7272                 if (*pdep & PG_PS) {
7273                         pte = *pdep;
7274                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
7275                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
7276                             PG_FRAME;
7277                         val = MINCORE_SUPER;
7278                 } else {
7279                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
7280                         pa = pte & PG_FRAME;
7281                         val = 0;
7282                 }
7283         } else {
7284                 pte = 0;
7285                 pa = 0;
7286                 val = 0;
7287         }
7288         if ((pte & PG_V) != 0) {
7289                 val |= MINCORE_INCORE;
7290                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7291                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
7292                 if ((pte & PG_A) != 0)
7293                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
7294         }
7295         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
7296             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
7297             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
7298                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
7299                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
7300                         goto retry;
7301         } else
7302                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
7303         PMAP_UNLOCK(pmap);
7304         return (val);
7305 }
7306
7307 static uint64_t
7308 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
7309 {
7310         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
7311
7312         CRITICAL_ASSERT(curthread);
7313         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
7314         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
7315                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
7316         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
7317                 return (CR3_PCID_SAVE);
7318         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
7319         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7320             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
7321             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
7322         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
7323             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
7324                 new_gen = gen + 1;
7325                 if (new_gen == 0)
7326                         new_gen = 1;
7327                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
7328                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
7329         } else {
7330                 new_gen = gen;
7331         }
7332         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
7333         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
7334         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
7335         return (0);
7336 }
7337
7338 void
7339 pmap_activate_sw(struct thread *td)
7340 {
7341         pmap_t oldpmap, pmap;
7342         struct invpcid_descr d;
7343         uint64_t cached, cr3, kcr3, kern_pti_cached, ucr3;
7344         register_t rflags;
7345         u_int cpuid;
7346
7347         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
7348         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
7349         if (oldpmap == pmap)
7350                 return;
7351         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
7352 #ifdef SMP
7353         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
7354 #else
7355         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
7356 #endif
7357         cr3 = rcr3();
7358         if (pmap_pcid_enabled) {
7359                 cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
7360                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid >= 0 &&
7361                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
7362                     ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
7363                     pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7364                 KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
7365                     pmap == kernel_pmap,
7366                     ("non-kernel pmap thread %p pmap %p cpu %d pcid %#x",
7367                     td, pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
7368
7369                 /*
7370                  * If the INVPCID instruction is not available,
7371                  * invltlb_pcid_handler() is used for handle
7372                  * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
7373                  * smp_tlb_pmap.  Below operations sequence has a
7374                  * window where %CR3 is loaded with the new pmap's
7375                  * PML4 address, but curpmap value is not yet updated.
7376                  * This causes invltlb IPI handler, called between the
7377                  * updates, to execute as NOP, which leaves stale TLB
7378                  * entries.
7379                  *
7380                  * Note that the most typical use of
7381                  * pmap_activate_sw(), from the context switch, is
7382                  * immune to this race, because interrupts are
7383                  * disabled (while the thread lock is owned), and IPI
7384                  * happends after curpmap is updated.  Protect other
7385                  * callers in a similar way, by disabling interrupts
7386                  * around the %cr3 register reload and curpmap
7387                  * assignment.
7388                  */
7389                 if (!invpcid_works)
7390                         rflags = intr_disable();
7391
7392                 kern_pti_cached = pti ? 0 : cached;
7393                 if (!kern_pti_cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3) {
7394                         load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7395                             kern_pti_cached);
7396                 }
7397                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7398                 if (pti) {
7399                         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7400                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
7401                             PMAP_PCID_USER_PT;
7402
7403                         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
7404                                 /*
7405                                  * Manually invalidate translations cached
7406                                  * from the user page table.  They are not
7407                                  * flushed by reload of cr3 with the kernel
7408                                  * page table pointer above.
7409                                  */
7410                                 if (invpcid_works) {
7411                                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
7412                                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
7413                                         d.pad = 0;
7414                                         d.addr = 0;
7415                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
7416                                 } else {
7417                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
7418                                 }
7419                         }
7420
7421                         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
7422                         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
7423                 }
7424                 if (!invpcid_works)
7425                         intr_restore(rflags);
7426                 if (cached)
7427                         PCPU_INC(pm_save_cnt);
7428         } else if (cr3 != pmap->pm_cr3) {
7429                 load_cr3(pmap->pm_cr3);
7430                 PCPU_SET(curpmap, pmap);
7431                 if (pti) {
7432                         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
7433                         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
7434                 }
7435         }
7436 #ifdef SMP
7437         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7438 #else
7439         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
7440 #endif
7441 }
7442
7443 void
7444 pmap_activate(struct thread *td)
7445 {
7446
7447         critical_enter();
7448         pmap_activate_sw(td);
7449         critical_exit();
7450 }
7451
7452 void
7453 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
7454 {
7455 }
7456
7457 /*
7458  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
7459  *      different alignment might result in more superpage mappings.
7460  */
7461 void
7462 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
7463     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
7464 {
7465         vm_offset_t superpage_offset;
7466
7467         if (size < NBPDR)
7468                 return;
7469         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
7470                 offset += ptoa(object->pg_color);
7471         superpage_offset = offset & PDRMASK;
7472         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
7473             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
7474                 return;
7475         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
7476                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7477         else
7478                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
7479 }
7480
7481 #ifdef INVARIANTS
7482 static unsigned long num_dirty_emulations;
7483 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
7484              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
7485
7486 static unsigned long num_accessed_emulations;
7487 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7488              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
7489
7490 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
7491 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
7492              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
7493
7494 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
7495 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
7496              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
7497 #endif  /* INVARIANTS */
7498
7499 int
7500 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
7501 {
7502         int rv;
7503         struct rwlock *lock;
7504 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7505         vm_page_t m, mpte;
7506 #endif
7507         pd_entry_t *pde;
7508         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7509
7510         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
7511             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
7512
7513         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7514                 return (-1);
7515
7516         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7517         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7518         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7519         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7520
7521         rv = -1;
7522         lock = NULL;
7523         PMAP_LOCK(pmap);
7524
7525         pde = pmap_pde(pmap, va);
7526         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
7527                 goto done;
7528
7529         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7530                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
7531 #ifdef INVARIANTS
7532                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
7533 #endif
7534                         *pde |= PG_A;
7535                         rv = 0;
7536                 }
7537                 goto done;
7538         }
7539
7540         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7541         if ((*pte & PG_V) == 0)
7542                 goto done;
7543
7544         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
7545                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
7546                         goto done;
7547                 /*
7548                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
7549                  *
7550                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
7551                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
7552                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
7553                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
7554                  * and PG_M simultaneously.
7555                  */
7556                 *pte |= PG_M | PG_A;
7557         } else {
7558                 *pte |= PG_A;
7559         }
7560
7561 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
7562         /* try to promote the mapping */
7563         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7564                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7565         else
7566                 mpte = NULL;
7567
7568         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7569
7570         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
7571             pmap_ps_enabled(pmap) &&
7572             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7573             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
7574                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
7575 #ifdef INVARIANTS
7576                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
7577 #endif
7578         }
7579 #endif
7580
7581 #ifdef INVARIANTS
7582         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
7583                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
7584         else
7585                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
7586 #endif
7587         rv = 0;         /* success */
7588 done:
7589         if (lock != NULL)
7590                 rw_wunlock(lock);
7591         PMAP_UNLOCK(pmap);
7592         return (rv);
7593 }
7594
7595 void
7596 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
7597 {
7598         pml4_entry_t *pml4;
7599         pdp_entry_t *pdp;
7600         pd_entry_t *pde;
7601         pt_entry_t *pte, PG_V;
7602         int idx;
7603
7604         idx = 0;
7605         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7606         PMAP_LOCK(pmap);
7607
7608         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
7609         ptr[idx++] = *pml4;
7610         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
7611                 goto done;
7612
7613         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
7614         ptr[idx++] = *pdp;
7615         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
7616                 goto done;
7617
7618         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
7619         ptr[idx++] = *pde;
7620         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
7621                 goto done;
7622
7623         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7624         ptr[idx++] = *pte;
7625
7626 done:
7627         PMAP_UNLOCK(pmap);
7628         *num = idx;
7629 }
7630
7631 /**
7632  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
7633  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
7634  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
7635  *
7636  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
7637  *                    address on the kernel memory map.
7638  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
7639  *                    of the pages passed in the page parameter.
7640  * \param count       Number of pages passed in.
7641  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
7642  *                    page faults, FALSE otherwise.
7643  *
7644  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
7645  *          finished or FALSE otherwise.
7646  *
7647  */
7648 boolean_t
7649 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7650     boolean_t can_fault)
7651 {
7652         vm_paddr_t paddr;
7653         boolean_t needs_mapping;
7654         pt_entry_t *pte;
7655         int cache_bits, error, i;
7656
7657         /*
7658          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
7659          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
7660          */
7661         needs_mapping = FALSE;
7662         for (i = 0; i < count; i++) {
7663                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7664                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
7665                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
7666                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
7667                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
7668                         needs_mapping = TRUE;
7669                 } else {
7670                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
7671                 }
7672         }
7673
7674         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
7675         if (!needs_mapping)
7676                 return (FALSE);
7677
7678         /*
7679          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
7680          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
7681          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
7682          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
7683          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
7684          * after modifying the PTE bits is crucial.
7685          */
7686         if (!can_fault)
7687                 sched_pin();
7688         for (i = 0; i < count; i++) {
7689                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7690                 if (paddr >= dmaplimit) {
7691                         if (can_fault) {
7692                                 /*
7693                                  * Slow path, since we can get page faults
7694                                  * while mappings are active don't pin the
7695                                  * thread to the CPU and instead add a global
7696                                  * mapping visible to all CPUs.
7697                                  */
7698                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
7699                         } else {
7700                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
7701                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7702                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
7703                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
7704                                     cache_bits);
7705                                 invlpg(vaddr[i]);
7706                         }
7707                 }
7708         }
7709
7710         return (needs_mapping);
7711 }
7712
7713 void
7714 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
7715     boolean_t can_fault)
7716 {
7717         vm_paddr_t paddr;
7718         int i;
7719
7720         if (!can_fault)
7721                 sched_unpin();
7722         for (i = 0; i < count; i++) {
7723                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
7724                 if (paddr >= dmaplimit) {
7725                         if (can_fault)
7726                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
7727                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
7728                 }
7729         }
7730 }
7731
7732 vm_offset_t
7733 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
7734 {
7735         vm_paddr_t paddr;
7736
7737         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7738         if (paddr < dmaplimit)
7739                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
7740         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
7741         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
7742         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
7743             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
7744         return (qframe);
7745 }
7746
7747 void
7748 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
7749 {
7750
7751         if (addr != qframe)
7752                 return;
7753         pte_store(vtopte(qframe), 0);
7754         invlpg(qframe);
7755         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
7756 }
7757
7758 static vm_page_t
7759 pmap_pti_alloc_page(void)
7760 {
7761         vm_page_t m;
7762
7763         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7764         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
7765             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
7766         return (m);
7767 }
7768
7769 static bool
7770 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
7771 {
7772
7773         KASSERT(m->wire_count > 0, ("page %p not wired", m));
7774         m->wire_count--;
7775         if (m->wire_count != 0)
7776                 return (false);
7777         atomic_subtract_int(&vm_cnt.v_wire_count, 1);
7778         vm_page_free_zero(m);
7779         return (true);
7780 }
7781
7782 static void
7783 pmap_pti_init(void)
7784 {
7785         vm_page_t pml4_pg;
7786         pdp_entry_t *pdpe;
7787         vm_offset_t va;
7788         int i;
7789
7790         if (!pti)
7791                 return;
7792         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
7793         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
7794         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
7795         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
7796         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
7797             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
7798                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
7799                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
7800         }
7801         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
7802             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
7803         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)gdt, (vm_offset_t)gdt +
7804             sizeof(struct user_segment_descriptor) * NGDT * MAXCPU, false);
7805         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
7806             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
7807         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)common_tss,
7808             (vm_offset_t)common_tss + sizeof(struct amd64tss) * MAXCPU, false);
7809         CPU_FOREACH(i) {
7810                 /* Doublefault stack IST 1 */
7811                 va = common_tss[i].tss_ist1;
7812                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7813                 /* NMI stack IST 2 */
7814                 va = common_tss[i].tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7815                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7816                 /* MC# stack IST 3 */
7817                 va = common_tss[i].tss_ist3 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7818                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7819                 /* DB# stack IST 4 */
7820                 va = common_tss[i].tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
7821                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
7822         }
7823         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
7824             (vm_offset_t)etext, true);
7825         pti_finalized = true;
7826         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
7827 }
7828 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
7829
7830 static pdp_entry_t *
7831 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
7832 {
7833         pml4_entry_t *pml4e;
7834         pdp_entry_t *pdpe;
7835         vm_page_t m;
7836         vm_pindex_t pml4_idx;
7837         vm_paddr_t mphys;
7838
7839         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7840
7841         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
7842         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
7843         m = NULL;
7844         if (*pml4e == 0) {
7845                 if (pti_finalized)
7846                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
7847                 m = pmap_pti_alloc_page();
7848                 if (*pml4e != 0) {
7849                         pmap_pti_free_page(m);
7850                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7851                 } else {
7852                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7853                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7854                 }
7855         } else {
7856                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
7857         }
7858         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
7859         return (pdpe);
7860 }
7861
7862 static void
7863 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
7864 {
7865         vm_page_t m;
7866
7867         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7868         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
7869         m->wire_count++;
7870 }
7871
7872 static void
7873 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
7874 {
7875         vm_page_t m;
7876
7877         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7878         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
7879         MPASS(m->wire_count > 0);
7880         MPASS(only_ref || m->wire_count > 1);
7881         pmap_pti_free_page(m);
7882 }
7883
7884 static void
7885 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
7886 {
7887         vm_page_t m;
7888         pd_entry_t *pde;
7889
7890         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7891         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
7892         MPASS(m->wire_count > 0);
7893         if (pmap_pti_free_page(m)) {
7894                 pde = pmap_pti_pde(va);
7895                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
7896                 *pde = 0;
7897                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
7898         }
7899 }
7900
7901 static pd_entry_t *
7902 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
7903 {
7904         pdp_entry_t *pdpe;
7905         pd_entry_t *pde;
7906         vm_page_t m;
7907         vm_pindex_t pd_idx;
7908         vm_paddr_t mphys;
7909
7910         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7911
7912         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
7913         if (*pdpe == 0) {
7914                 m = pmap_pti_alloc_page();
7915                 if (*pdpe != 0) {
7916                         pmap_pti_free_page(m);
7917                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
7918                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
7919                 } else {
7920                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7921                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7922                 }
7923         } else {
7924                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
7925                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
7926         }
7927
7928         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
7929         pd_idx = pmap_pde_index(va);
7930         pde += pd_idx;
7931         return (pde);
7932 }
7933
7934 static pt_entry_t *
7935 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
7936 {
7937         pd_entry_t *pde;
7938         pt_entry_t *pte;
7939         vm_page_t m;
7940         vm_paddr_t mphys;
7941
7942         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7943
7944         pde = pmap_pti_pde(va);
7945         if (unwire_pde != NULL) {
7946                 *unwire_pde = true;
7947                 pmap_pti_wire_pte(pde);
7948         }
7949         if (*pde == 0) {
7950                 m = pmap_pti_alloc_page();
7951                 if (*pde != 0) {
7952                         pmap_pti_free_page(m);
7953                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
7954                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
7955                 } else {
7956                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7957                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
7958                         if (unwire_pde != NULL)
7959                                 *unwire_pde = false;
7960                 }
7961         } else {
7962                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
7963                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
7964         }
7965
7966         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
7967         pte += pmap_pte_index(va);
7968
7969         return (pte);
7970 }
7971
7972 static void
7973 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
7974 {
7975         vm_paddr_t pa;
7976         pd_entry_t *pde;
7977         pt_entry_t *pte, ptev;
7978         bool unwire_pde;
7979
7980         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
7981
7982         sva = trunc_page(sva);
7983         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
7984         eva = round_page(eva);
7985         MPASS(sva < eva);
7986         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
7987                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
7988                 pa = pmap_kextract(sva);
7989                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
7990                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
7991                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
7992                 if (*pte == 0) {
7993                         pte_store(pte, ptev);
7994                         pmap_pti_wire_pte(pte);
7995                 } else {
7996                         KASSERT(!pti_finalized,
7997                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
7998                             sva, *pte, ptev));
7999                         KASSERT(*pte == ptev,
8000                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
8001                             sva, *pte, ptev));
8002                 }
8003                 if (unwire_pde) {
8004                         pde = pmap_pti_pde(sva);
8005                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
8006                 }
8007         }
8008 }
8009
8010 void
8011 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
8012 {
8013
8014         if (!pti)
8015                 return;
8016         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8017         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
8018         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8019 }
8020
8021 void
8022 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
8023 {
8024         pt_entry_t *pte;
8025         vm_offset_t va;
8026
8027         if (!pti)
8028                 return;
8029         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
8030         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
8031         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
8032         MPASS(sva < eva);
8033         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
8034         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
8035                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
8036                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
8037                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
8038                     (u_long)pte, *pte));
8039                 pte_clear(pte);
8040                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
8041         }
8042         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
8043         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
8044 }
8045
8046 #include "opt_ddb.h"
8047 #ifdef DDB
8048 #include <ddb/ddb.h>
8049
8050 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
8051 {
8052         pmap_t pmap;
8053         pml4_entry_t *pml4;
8054         pdp_entry_t *pdp;
8055         pd_entry_t *pde;
8056         pt_entry_t *pte, PG_V;
8057         vm_offset_t va;
8058
8059         if (have_addr) {
8060                 va = (vm_offset_t)addr;
8061                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
8062         } else {
8063                 db_printf("show pte addr\n");
8064                 return;
8065         }
8066         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8067         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
8068         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
8069         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
8070                 db_printf("\n");
8071                 return;
8072         }
8073         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
8074         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
8075         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
8076                 db_printf("\n");
8077                 return;
8078         }
8079         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
8080         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
8081         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
8082                 db_printf("\n");
8083                 return;
8084         }
8085         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8086         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
8087 }
8088
8089 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
8090 {
8091         vm_paddr_t a;
8092
8093         if (have_addr) {
8094                 a = (vm_paddr_t)addr;
8095                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
8096         } else {
8097                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
8098         }
8099 }
8100 #endif