]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
vm_phys: Try to clean up NUMA KPIs
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2020 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/smr.h>
129 #include <sys/sx.h>
130 #include <sys/turnstile.h>
131 #include <sys/vmem.h>
132 #include <sys/vmmeter.h>
133 #include <sys/sched.h>
134 #include <sys/sysctl.h>
135 #include <sys/smp.h>
136 #ifdef DDB
137 #include <sys/kdb.h>
138 #include <ddb/ddb.h>
139 #endif
140
141 #include <vm/vm.h>
142 #include <vm/vm_param.h>
143 #include <vm/vm_kern.h>
144 #include <vm/vm_page.h>
145 #include <vm/vm_map.h>
146 #include <vm/vm_object.h>
147 #include <vm/vm_extern.h>
148 #include <vm/vm_pageout.h>
149 #include <vm/vm_pager.h>
150 #include <vm/vm_phys.h>
151 #include <vm/vm_radix.h>
152 #include <vm/vm_reserv.h>
153 #include <vm/vm_dumpset.h>
154 #include <vm/uma.h>
155
156 #include <machine/intr_machdep.h>
157 #include <x86/apicvar.h>
158 #include <x86/ifunc.h>
159 #include <machine/cpu.h>
160 #include <machine/cputypes.h>
161 #include <machine/intr_machdep.h>
162 #include <machine/md_var.h>
163 #include <machine/pcb.h>
164 #include <machine/specialreg.h>
165 #ifdef SMP
166 #include <machine/smp.h>
167 #endif
168 #include <machine/sysarch.h>
169 #include <machine/tss.h>
170
171 #ifdef NUMA
172 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
173 #else
174 #define PMAP_MEMDOM     1
175 #endif
176
177 static __inline boolean_t
178 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
179 {
180
181         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
182 }
183
184 static __inline boolean_t
185 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
186 {
187
188         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
189 }
190
191 static __inline pt_entry_t
192 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
193 {
194         pt_entry_t mask;
195
196         switch (pmap->pm_type) {
197         case PT_X86:
198         case PT_RVI:
199                 mask = X86_PG_V;
200                 break;
201         case PT_EPT:
202                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
203                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
204                 else
205                         mask = EPT_PG_READ;
206                 break;
207         default:
208                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
209         }
210
211         return (mask);
212 }
213
214 static __inline pt_entry_t
215 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
216 {
217         pt_entry_t mask;
218
219         switch (pmap->pm_type) {
220         case PT_X86:
221         case PT_RVI:
222                 mask = X86_PG_RW;
223                 break;
224         case PT_EPT:
225                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
226                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
227                 else
228                         mask = EPT_PG_WRITE;
229                 break;
230         default:
231                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
232         }
233
234         return (mask);
235 }
236
237 static pt_entry_t pg_g;
238
239 static __inline pt_entry_t
240 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
241 {
242         pt_entry_t mask;
243
244         switch (pmap->pm_type) {
245         case PT_X86:
246                 mask = pg_g;
247                 break;
248         case PT_RVI:
249         case PT_EPT:
250                 mask = 0;
251                 break;
252         default:
253                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
254         }
255
256         return (mask);
257 }
258
259 static __inline pt_entry_t
260 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
261 {
262         pt_entry_t mask;
263
264         switch (pmap->pm_type) {
265         case PT_X86:
266         case PT_RVI:
267                 mask = X86_PG_A;
268                 break;
269         case PT_EPT:
270                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
271                         mask = EPT_PG_READ;
272                 else
273                         mask = EPT_PG_A;
274                 break;
275         default:
276                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
277         }
278
279         return (mask);
280 }
281
282 static __inline pt_entry_t
283 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
284 {
285         pt_entry_t mask;
286
287         switch (pmap->pm_type) {
288         case PT_X86:
289         case PT_RVI:
290                 mask = X86_PG_M;
291                 break;
292         case PT_EPT:
293                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
294                         mask = EPT_PG_WRITE;
295                 else
296                         mask = EPT_PG_M;
297                 break;
298         default:
299                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
300         }
301
302         return (mask);
303 }
304
305 static __inline pt_entry_t
306 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
307 {
308
309         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
310 }
311
312 #if !defined(DIAGNOSTIC)
313 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
314 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
315 #else
316 #define PMAP_INLINE     extern inline
317 #endif
318 #else
319 #define PMAP_INLINE
320 #endif
321
322 #ifdef PV_STATS
323 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
324 #else
325 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
326 #endif
327
328 #undef pa_index
329 #ifdef NUMA
330 #define pa_index(pa)    ({                                      \
331         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
332             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
333         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
334 })
335 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
336 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
337 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
338         struct rwlock *_lock;                                   \
339         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
340                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
341         else                                                    \
342                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
343         _lock;                                                  \
344 })
345 #else
346 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
347 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
348
349 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
350
351 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
352                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
353 #endif
354
355 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
356         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
357         struct rwlock *_new_lock;                       \
358                                                         \
359         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
360         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
361                 if (*_lockp != NULL)                    \
362                         rw_wunlock(*_lockp);            \
363                 *_lockp = _new_lock;                    \
364                 rw_wlock(*_lockp);                      \
365         }                                               \
366 } while (0)
367
368 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
369                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
370
371 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
372         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
373                                                         \
374         if (*_lockp != NULL) {                          \
375                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
376                 *_lockp = NULL;                         \
377         }                                               \
378 } while (0)
379
380 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
381                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
382
383 struct pmap kernel_pmap_store;
384
385 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
386 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
387
388 int nkpt;
389 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
390     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
391
392 static int ndmpdp;
393 vm_paddr_t dmaplimit;
394 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
395 pt_entry_t pg_nx;
396
397 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
398     "VM/pmap parameters");
399
400 static int pg_ps_enabled = 1;
401 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
402     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
403
404 int __read_frequently la57 = 0;
405 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
406     &la57, 0,
407     "5-level paging for host is enabled");
408
409 static bool
410 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
411 {
412         if (pmap->pm_type == PT_X86)
413                 return (la57);
414         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
415 }
416
417 #define PAT_INDEX_SIZE  8
418 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
419
420 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
421 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
422 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
423 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
424 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
425                                            if supported */
426
427 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
428 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
429 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
430 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
431
432 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
433
434 /*
435  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
436  */
437 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
438 static struct pmap_preinit_mapping {
439         vm_paddr_t      pa;
440         vm_offset_t     va;
441         vm_size_t       sz;
442         int             mode;
443 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
444 static int pmap_initialized;
445
446 /*
447  * Data for the pv entry allocation mechanism.
448  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
449  */
450 #ifdef NUMA
451 static __inline int
452 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
453 {
454
455         return (vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
456 }
457 #else
458 static __inline int
459 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
460 {
461
462         return (0);
463 }
464 #endif
465
466 struct pv_chunks_list {
467         struct mtx pvc_lock;
468         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
469         int active_reclaims;
470 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
471
472 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
473
474 #ifdef  NUMA
475 struct pmap_large_md_page {
476         struct rwlock   pv_lock;
477         struct md_page  pv_page;
478         u_long pv_invl_gen;
479 };
480 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
481 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
482 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
483 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
484 #else
485 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
486 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
487 static struct md_page *pv_table;
488 static struct md_page pv_dummy;
489 #endif
490
491 /*
492  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
493  */
494 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
495 caddr_t CADDR1 = 0;
496 static vm_offset_t qframe = 0;
497 static struct mtx qframe_mtx;
498
499 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
500
501 static vmem_t *large_vmem;
502 static u_int lm_ents;
503 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
504         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
505
506 int pmap_pcid_enabled = 1;
507 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
508     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
509 int invpcid_works = 0;
510 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
511     "Is the invpcid instruction available ?");
512
513 int __read_frequently pti = 0;
514 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
515     &pti, 0,
516     "Page Table Isolation enabled");
517 static vm_object_t pti_obj;
518 static pml4_entry_t *pti_pml4;
519 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
520 static bool pti_finalized;
521
522 struct pmap_pkru_range {
523         struct rs_el    pkru_rs_el;
524         u_int           pkru_keyidx;
525         int             pkru_flags;
526 };
527
528 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
529 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
530 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
531 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
532 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
533 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
534 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
535 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
536 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
537
538 static int
539 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
540 {
541         int i;
542         uint64_t res;
543
544         res = 0;
545         CPU_FOREACH(i) {
546                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
547         }
548         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
549 }
550 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
551     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
552     "Count of saved TLB context on switch");
553
554 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
555     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
556 static struct mtx invl_gen_mtx;
557 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
558 static struct lock_object invl_gen_ts = {
559         .lo_name = "invlts",
560 };
561 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
562         .gen = 1,
563         .next = NULL,
564 };
565 static u_long pmap_invl_gen = 1;
566 static int pmap_invl_waiters;
567 static struct callout pmap_invl_callout;
568 static bool pmap_invl_callout_inited;
569
570 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
571     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
572
573 static bool
574 pmap_di_locked(void)
575 {
576         int tun;
577
578         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
579                 return (true);
580         tun = 0;
581         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
582         return (tun != 0);
583 }
584
585 static int
586 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
587 {
588         int locked;
589
590         locked = pmap_di_locked();
591         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
592 }
593 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
594     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
595     "Locked delayed invalidation");
596
597 static bool pmap_not_in_di_l(void);
598 static bool pmap_not_in_di_u(void);
599 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
600 {
601
602         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
603 }
604
605 static bool
606 pmap_not_in_di_l(void)
607 {
608         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
609
610         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
611         return (invl_gen->gen == 0);
612 }
613
614 static void
615 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
616 {
617         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
618
619         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
620         invl_gen->gen = 0;
621 }
622
623 static void
624 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
625 {
626         struct turnstile *ts;
627
628         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
629         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
630                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
631         else
632                 turnstile_cancel(ts);
633 }
634
635 static void
636 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
637 {
638         struct turnstile *ts;
639
640         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
641         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
642         if (new_gen != 0)
643                 pmap_invl_gen = new_gen;
644         if (ts != NULL) {
645                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
646                 turnstile_unpend(ts);
647         }
648         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
649 }
650
651 /*
652  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
653  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
654  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
655  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
656  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
657  * pmap active.
658  */
659 static void
660 pmap_delayed_invl_start_l(void)
661 {
662         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
663         u_long currgen;
664
665         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
666         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
667         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
668         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
669                 currgen = pmap_invl_gen;
670         else
671                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
672         invl_gen->gen = currgen + 1;
673         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
674         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
675 }
676
677 /*
678  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
679  * required TLB flushes for the pages marked by
680  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
681  * called.
682  *
683  * This function works by bumping the global DI generation number to
684  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
685  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
686  * global DI generation number would incorrectly signal that the
687  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
688  * DI's generation number to match the generation number of the
689  * current thread's DI.
690  */
691 static void
692 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
693 {
694         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
695
696         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
697         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
698         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
699         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
700         if (next == NULL)
701                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
702         else
703                 next->gen = invl_gen->gen;
704         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
705         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
706         invl_gen->gen = 0;
707 }
708
709 static bool
710 pmap_not_in_di_u(void)
711 {
712         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
713
714         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
715         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
716 }
717
718 static void
719 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
720 {
721         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
722
723         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
724         invl_gen->gen = 0;
725         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
726 }
727
728 static bool
729 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
730 {
731         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
732         char res;
733
734         old_low = new_low = 0;
735         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
736
737         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
738             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
739             : "b"(new_low), "c" (new_high)
740             : "memory", "cc");
741         if (res == 0) {
742                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
743                         return (false);
744                 out->gen = old_low;
745                 out->next = (void *)old_high;
746         } else {
747                 out->gen = new_low;
748                 out->next = (void *)new_high;
749         }
750         return (true);
751 }
752
753 static bool
754 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
755     struct pmap_invl_gen *new_val)
756 {
757         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
758         char res;
759
760         new_low = new_val->gen;
761         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
762         old_low = old_val->gen;
763         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
764
765         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
766             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
767             : "b"(new_low), "c" (new_high)
768             : "memory", "cc");
769         return (res);
770 }
771
772 #ifdef PV_STATS
773 static long invl_start_restart;
774 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
775     &invl_start_restart, 0,
776     "");
777 static long invl_finish_restart;
778 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
779     &invl_finish_restart, 0,
780     "");
781 static int invl_max_qlen;
782 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
783     &invl_max_qlen, 0,
784     "");
785 #endif
786
787 #define di_delay        locks_delay
788
789 static void
790 pmap_delayed_invl_start_u(void)
791 {
792         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
793         struct thread *td;
794         struct lock_delay_arg lda;
795         uintptr_t prevl;
796         u_char pri;
797 #ifdef PV_STATS
798         int i, ii;
799 #endif
800
801         td = curthread;
802         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
803         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
804         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
805         invl_gen->saved_pri = 0;
806         pri = td->td_base_pri;
807         if (pri > PVM) {
808                 thread_lock(td);
809                 pri = td->td_base_pri;
810                 if (pri > PVM) {
811                         invl_gen->saved_pri = pri;
812                         sched_prio(td, PVM);
813                 }
814                 thread_unlock(td);
815         }
816 again:
817         PV_STAT(i = 0);
818         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
819                 PV_STAT(i++);
820                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
821                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
822                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
823                         lock_delay(&lda);
824                         goto again;
825                 }
826                 if (prevl == 0)
827                         break;
828                 prev.next = (void *)prevl;
829         }
830 #ifdef PV_STATS
831         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
832                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
833 #endif
834
835         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
836                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
837                 lock_delay(&lda);
838                 goto again;
839         }
840
841         new_prev.gen = prev.gen;
842         new_prev.next = invl_gen;
843         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
844
845         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
846         atomic_thread_fence_rel();
847
848         /*
849          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
850          * this thread blocks any other thread trying to enter the
851          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
852          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
853          */
854         critical_enter();
855
856         /*
857          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
858          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
859          * started a new one and got inserted into the list at the
860          * same place, its gen will appear greater than the previously
861          * read gen.
862          */
863         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
864                 critical_exit();
865                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
866                 lock_delay(&lda);
867                 goto again;
868         }
869
870         /*
871          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
872          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
873          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
874          * write and the update of next.
875          */
876         invl_gen->next = NULL;
877         critical_exit();
878 }
879
880 static bool
881 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
882     struct pmap_invl_gen *p)
883 {
884         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
885         u_long mygen;
886
887         /*
888          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
889          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
890          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
891          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
892          */
893         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
894
895         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
896                 return (false);
897
898         KASSERT(prev.gen < mygen,
899             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
900         new_prev.gen = mygen;
901         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
902             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
903
904         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
905         atomic_thread_fence_rel();
906
907         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
908 }
909
910 static void
911 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
912 {
913         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
914         struct thread *td;
915         struct lock_delay_arg lda;
916         uintptr_t prevl;
917
918         td = curthread;
919         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
920         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
921         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
922             ("missed invl_start: INVALID"));
923         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
924
925 again:
926         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
927                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
928                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
929                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
930                         lock_delay(&lda);
931                         goto again;
932                 }
933                 if ((void *)prevl == invl_gen)
934                         break;
935         }
936
937         /*
938          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
939          * thread before us finished its DI and started it again.
940          */
941         if (__predict_false(p == NULL)) {
942                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
943                 lock_delay(&lda);
944                 goto again;
945         }
946
947         critical_enter();
948         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
949             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
950         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
951                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
952                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
953                 critical_exit();
954                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
955                 lock_delay(&lda);
956                 goto again;
957         }
958         critical_exit();
959         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
960                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
961         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
962                 thread_lock(td);
963                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
964                 thread_unlock(td);
965         }
966 }
967
968 #ifdef DDB
969 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
970 {
971         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
972         struct thread *td;
973         uintptr_t nextl;
974         bool first;
975
976         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
977             first = false) {
978                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
979                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
980                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
981                     td_md.md_invl_gen);
982                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
983                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
984                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
985         }
986 }
987 #endif
988
989 #ifdef PV_STATS
990 static long invl_wait;
991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
992     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
993 static long invl_wait_slow;
994 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
995     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
996 #endif
997
998 #ifdef NUMA
999 static u_long *
1000 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1001 {
1002         vm_paddr_t pa;
1003         u_long *gen;
1004
1005         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1006         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1007                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1008         else
1009                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1010
1011         return (gen);
1012 }
1013 #else
1014 static u_long *
1015 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1016 {
1017
1018         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1019 }
1020 #endif
1021
1022 static void
1023 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1024 {
1025
1026         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1027                 return;
1028         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1029 }
1030
1031 static void
1032 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1033 {
1034
1035         if (pmap_di_locked())
1036                 return;
1037         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1038         pmap_invl_callout_inited = true;
1039 }
1040 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1041     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1042
1043 /*
1044  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1045  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1046  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1047  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1048  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1049  *
1050  * This function works by blocking until the global DI generation
1051  * number catches up with the generation number associated with the
1052  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1053  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1054  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1055  * processor.
1056  */
1057 static void
1058 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1059 {
1060         u_long *m_gen;
1061 #ifdef PV_STATS
1062         bool accounted = false;
1063 #endif
1064
1065         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1066         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1067 #ifdef PV_STATS
1068                 if (!accounted) {
1069                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1070                         accounted = true;
1071                 }
1072 #endif
1073                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1074         }
1075 }
1076
1077 static void
1078 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1079 {
1080         u_long *m_gen;
1081         struct lock_delay_arg lda;
1082         bool fast;
1083
1084         fast = true;
1085         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1086         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1087         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1088                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1089                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1090                         lock_delay(&lda);
1091                         fast = false;
1092                 } else {
1093                         /*
1094                          * The page's invalidation generation number
1095                          * is still below the current thread's number.
1096                          * Prepare to block so that we do not waste
1097                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1098                          *
1099                          * Since it is impossible to block without
1100                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1101                          * prepare for the race by incrementing
1102                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1103                          * callout which will unblock us if we lose
1104                          * the race.
1105                          */
1106                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1107
1108                         /*
1109                          * Re-check the current thread's invalidation
1110                          * generation after incrementing
1111                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1112                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1113                          * the page generation and checking
1114                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1115                          * is for a missed unblock, which is handled
1116                          * by the callout.
1117                          */
1118                         if (*m_gen >
1119                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1120                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1121                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1122                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1123                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1124                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1125                         }
1126                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1127                 }
1128         }
1129 }
1130
1131 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1132 {
1133
1134         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1135             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1136 }
1137
1138 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1139 {
1140
1141         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1142             pmap_delayed_invl_start_u);
1143 }
1144
1145 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1146 {
1147
1148         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1149             pmap_delayed_invl_finish_u);
1150 }
1151
1152 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1153 {
1154
1155         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1156             pmap_delayed_invl_wait_u);
1157 }
1158
1159 /*
1160  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1161  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1162  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1163  * block to complete before proceeding.
1164  *
1165  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1166  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1167  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1168  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1169  */
1170 static void
1171 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1172 {
1173         u_long gen, *m_gen;
1174
1175         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1176         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1177         if (gen == 0)
1178                 return;
1179         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1180         if (*m_gen < gen)
1181                 *m_gen = gen;
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Crashdump maps.
1186  */
1187 static caddr_t crashdumpmap;
1188
1189 /*
1190  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1191  */
1192 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1193 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1194
1195 /*
1196  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1197  * pmap_change_props_locked().
1198  */
1199 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1200 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1201 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1202
1203 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1204
1205 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1206 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1207 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1208 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1209 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1210 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1211 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1212                     struct rwlock **lockp);
1213 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1214                     struct rwlock **lockp);
1215 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1216                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1217 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1218 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1219                     struct rwlock **lockp);
1220 #endif
1221 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1222 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1223                     vm_offset_t va);
1224
1225 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1226 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1227     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1228 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1229 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1230     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1231 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1232     vm_offset_t va);
1233 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1234                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1235 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1236                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1237 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1238     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1239 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1240 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1241 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1242     vm_offset_t eva);
1243 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1244     vm_offset_t eva);
1245 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1246                     pd_entry_t pde);
1247 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1248 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1249 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1250 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1251 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1252     struct rwlock **lockp);
1253 #endif
1254 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1255     vm_prot_t prot);
1256 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1257 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1258     bool exec);
1259 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1260 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1261 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1262 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1263     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1264 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1265     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1266 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1267 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1268     struct spglist *free);
1269 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1270                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1271                     struct rwlock **lockp);
1272 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1273     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1274 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1275     pd_entry_t newpde);
1276 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1277
1278 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1279                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1280 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1281                 struct rwlock **lockp);
1282 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1283                 struct rwlock **lockp);
1284
1285 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1286     struct spglist *free);
1287 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1288
1289 /********************/
1290 /* Inline functions */
1291 /********************/
1292
1293 /*
1294  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1295  * pages indexes at the corresponding level.
1296  */
1297 static __inline vm_pindex_t
1298 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1299 {
1300         return (va >> PDRSHIFT);
1301 }
1302
1303 static __inline vm_pindex_t
1304 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1305 {
1306         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1307 }
1308
1309 static __inline vm_pindex_t
1310 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1311 {
1312         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1313 }
1314
1315 static __inline vm_pindex_t
1316 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1317 {
1318         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1319 }
1320
1321 static __inline pml4_entry_t *
1322 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1323 {
1324
1325         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1326         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1327 }
1328
1329 static __inline pml4_entry_t *
1330 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1331 {
1332
1333         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1334         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1335 }
1336
1337 static __inline pml4_entry_t *
1338 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1339 {
1340         pml4_entry_t *pml4e;
1341
1342         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1343         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1344         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1345 }
1346
1347 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1348 static __inline pml4_entry_t *
1349 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1350 {
1351         pml5_entry_t *pml5e;
1352         pml4_entry_t *pml4e;
1353         pt_entry_t PG_V;
1354
1355         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1356                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1357                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1358                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1359                         return (NULL);
1360                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1361         } else {
1362                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1363         }
1364         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1365 }
1366
1367 static __inline pml4_entry_t *
1368 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1369 {
1370         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1371         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1372 }
1373
1374 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1375 static __inline pdp_entry_t *
1376 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1377 {
1378         pdp_entry_t *pdpe;
1379
1380         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1381         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1382 }
1383
1384 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1385 static __inline pdp_entry_t *
1386 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1387 {
1388         pml4_entry_t *pml4e;
1389         pt_entry_t PG_V;
1390
1391         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1392         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1393         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1394                 return (NULL);
1395         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1396 }
1397
1398 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1399 static __inline pd_entry_t *
1400 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1401 {
1402         pd_entry_t *pde;
1403
1404         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1405             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1406         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1407         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1408 }
1409
1410 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1411 static __inline pd_entry_t *
1412 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1413 {
1414         pdp_entry_t *pdpe;
1415         pt_entry_t PG_V;
1416
1417         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1418         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1419         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1420                 return (NULL);
1421         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1422             ("pmap_pde for 1G page, pmap %p va %#lx", pmap, va));
1423         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1424 }
1425
1426 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1427 static __inline pt_entry_t *
1428 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1429 {
1430         pt_entry_t *pte;
1431
1432         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1433             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1434         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1435         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1436 }
1437
1438 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1439 static __inline pt_entry_t *
1440 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1441 {
1442         pd_entry_t *pde;
1443         pt_entry_t PG_V;
1444
1445         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1446         pde = pmap_pde(pmap, va);
1447         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1448                 return (NULL);
1449         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1450                 return ((pt_entry_t *)pde);
1451         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1452 }
1453
1454 static __inline void
1455 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1456 {
1457
1458         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1459         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1460 }
1461
1462 static __inline void
1463 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1464 {
1465
1466         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1467         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1468             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1469             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1470         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1471 }
1472
1473 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1474 vtopte(vm_offset_t va)
1475 {
1476         u_int64_t mask;
1477
1478         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1479
1480         if (la57) {
1481                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1482                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1483                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1484         } else {
1485                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1486                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1487                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1488         }
1489 }
1490
1491 static __inline pd_entry_t *
1492 vtopde(vm_offset_t va)
1493 {
1494         u_int64_t mask;
1495
1496         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1497
1498         if (la57) {
1499                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1500                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1501                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1502         } else {
1503                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1504                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1505                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1506         }
1507 }
1508
1509 static u_int64_t
1510 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1511 {
1512         u_int64_t ret;
1513
1514         ret = *firstaddr;
1515         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1516         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1517         return (ret);
1518 }
1519
1520 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1521
1522 /* number of kernel PDP slots */
1523 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1524
1525 static void
1526 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1527 {
1528         int pt_pages;
1529
1530 #ifdef NKPT
1531         pt_pages = NKPT;
1532 #else
1533         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1534         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1535
1536         /*
1537          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1538          * the kernel.
1539          *
1540          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1541          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1542          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1543          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1544          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1545          * physical memory.
1546          *
1547          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1548          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1549          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1550          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1551          * not uncommon.
1552          */
1553         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1554 #endif
1555         nkpt = pt_pages;
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1560  * part of the initial boot allocations.
1561  *
1562  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1563  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1564  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1565  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1566  *
1567  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1568  * way.
1569  */
1570 static inline pt_entry_t
1571 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1572 {
1573
1574         /*
1575          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1576          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1577          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1578          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1579          * fixed up by the linker.
1580          */
1581         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1582             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1583                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1584
1585         /*
1586          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1587          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1588          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1589          * read-write data needs to be read-write.
1590          */
1591         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1592                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1593
1594         /*
1595          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1596          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1597          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1598          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1599          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1600          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1601          * set CR0.WP.
1602          */
1603         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1604                 return (0);
1605         return (pg_nx);
1606 }
1607
1608 static void
1609 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1610 {
1611         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1612         pd_entry_t *pd_p;
1613         pdp_entry_t *pdp_p;
1614         pml4_entry_t *p4_p;
1615         uint64_t DMPDkernphys;
1616
1617         /* Allocate page table pages for the direct map */
1618         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1619         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1620                 ndmpdp = 4;
1621         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1622         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1623                 /*
1624                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1625                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1626                  */
1627                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1628                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1629                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1630                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1631         }
1632         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1633         ndm1g = 0;
1634         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1635                 /*
1636                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1637                  * Maxmem.
1638                  */
1639                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1640
1641                 /*
1642                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1643                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1644                  */
1645                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1646                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1647         }
1648         if (ndm1g < ndmpdp)
1649                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1650         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1651
1652         /* Allocate pages */
1653         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1654         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1655
1656         /*
1657          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1658          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1659          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1660          * build in too much slop in our estimate.
1661          *
1662          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1663          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1664          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1665          */
1666         nkpt_init(*firstaddr);
1667         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1668
1669         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1670         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1671
1672         /*
1673          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1674          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1675          * the PTmap.
1676          */
1677         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1678         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1679                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1680
1681         /*
1682          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1683          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1684          * created above.
1685          */
1686         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1687                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1688                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1689                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1690
1691         /*
1692          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1693          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1694          * virtual address space.
1695          */
1696         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1697                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1698
1699         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1700         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1701         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1702                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1703
1704         /*
1705          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1706          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1707          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1708          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1709          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1710          * that are partially used. 
1711          */
1712         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1713         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1714                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1715                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1716                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1717                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1718         }
1719         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1720         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1721                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1722                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1723                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1724                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1725         }
1726         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1727                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1728                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1729         }
1730
1731         /*
1732          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1733          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1734          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1735          */
1736         if (ndm1g) {
1737                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1738                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1739                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1740                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1741                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1742                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1743                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1744                             X86_PG_V | pg_nx;
1745         }
1746
1747         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1748         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1749         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1750         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1751
1752         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1753         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1754                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1755                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1756         }
1757
1758         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1759         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1760                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1761                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1762         }
1763
1764         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1765 }
1766
1767 /*
1768  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1769  *
1770  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1771  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1772  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1773  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1774  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1775  *      (physical) address starting relative to 0]
1776  */
1777 void
1778 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1779 {
1780         vm_offset_t va;
1781         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1782         struct region_descriptor r_gdt;
1783         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1784         u_long res;
1785         int i;
1786
1787         KERNend = *firstaddr;
1788         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1789
1790         if (!pti)
1791                 pg_g = X86_PG_G;
1792
1793         /*
1794          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1795          */
1796         create_pagetables(firstaddr);
1797
1798         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1799
1800         /*
1801          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1802          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1803          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1804          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1805          * addresses to superpage mappings.
1806          */
1807         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1808
1809         /*
1810          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1811          */
1812         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1813         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1814
1815         /*
1816          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1817          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1818          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1819          * correct now.
1820          */
1821         cr4 = rcr4();
1822         cr4 |= CR4_PGE;
1823         load_cr4(cr4);
1824         load_cr3(KPML4phys);
1825         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1826                 cr4 |= CR4_SMEP;
1827         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1828                 cr4 |= CR4_SMAP;
1829         load_cr4(cr4);
1830
1831         /*
1832          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1833          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1834          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1835          */
1836         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1837         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1838         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1839         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1840         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1841         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1842         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1843         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1844
1845         /*
1846          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1847          */
1848         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1849
1850         /*
1851          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1852          * mapping of pages.
1853          */
1854 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1855         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1856
1857         va = virtual_avail;
1858         pte = vtopte(va);
1859
1860         /*
1861          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1862          * memory test.
1863          */
1864         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1865         CADDR1 = crashdumpmap;
1866
1867         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1868         virtual_avail = va;
1869
1870         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1871                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1872                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1873         }
1874
1875         /*
1876          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1877          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1878          */
1879         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1880         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1881         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1882         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1883         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1884         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1885             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1886         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1887             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1888         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1889         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1890             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1891         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1892         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1893         lgdt(&r_gdt);
1894         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1895         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1896         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1897         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1898
1899         /*
1900          * Initialize the PAT MSR.
1901          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1902          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1903          * have been created in our pre-boot environment.
1904          */
1905         pmap_init_pat();
1906
1907         /* Initialize TLB Context Id. */
1908         if (pmap_pcid_enabled) {
1909                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1910                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1911                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1912                 }
1913
1914                 /*
1915                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1916                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1917                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1918                  * needs to be valid.
1919                  */
1920                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1921                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1922
1923                 /*
1924                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1925                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1926                  * during pcpu setup.
1927                  */
1928                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1929         }
1930 }
1931
1932 /*
1933  * Setup the PAT MSR.
1934  */
1935 void
1936 pmap_init_pat(void)
1937 {
1938         uint64_t pat_msr;
1939         u_long cr0, cr4;
1940         int i;
1941
1942         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1943         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1944                 panic("no PAT??");
1945
1946         /* Set default PAT index table. */
1947         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1948                 pat_index[i] = -1;
1949         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1950         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1951         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1952         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1953         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1954         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1955
1956         /*
1957          * Initialize default PAT entries.
1958          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1959          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1960          *
1961          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1962          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1963          * to its overload with PG_PS.
1964          */
1965         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1966             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1967             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1968             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1969             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1970             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1971             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1972             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1973
1974         /* Disable PGE. */
1975         cr4 = rcr4();
1976         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1977
1978         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1979         cr0 = rcr0();
1980         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1981
1982         /* Flushes caches and TLBs. */
1983         wbinvd();
1984         invltlb();
1985
1986         /* Update PAT and index table. */
1987         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1988
1989         /* Flush caches and TLBs again. */
1990         wbinvd();
1991         invltlb();
1992
1993         /* Restore caches and PGE. */
1994         load_cr0(cr0);
1995         load_cr4(cr4);
1996 }
1997
1998 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
1999     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
2000
2001 static void
2002 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
2003 {
2004         char *v_code;
2005         pml5_entry_t *v_pml5;
2006         pml4_entry_t *v_pml4;
2007         pdp_entry_t *v_pdp;
2008         pd_entry_t *v_pd;
2009         pt_entry_t *v_pt;
2010         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2011         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2012         struct region_descriptor r_gdt;
2013
2014         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2015                 return;
2016         if (!TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57))
2017                 la57 = 1;
2018         if (!la57)
2019                 return;
2020
2021         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2022         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2023
2024         m_code = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2025             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2026             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2027         if ((m_code->flags & PG_ZERO) == 0)
2028                 pmap_zero_page(m_code);
2029         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2030         m_pml5 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2031             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2032             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2033         if ((m_pml5->flags & PG_ZERO) == 0)
2034                 pmap_zero_page(m_pml5);
2035         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2036         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2037         m_pml4 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2038             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2039             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2040         if ((m_pml4->flags & PG_ZERO) == 0)
2041                 pmap_zero_page(m_pml4);
2042         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2043         m_pdp = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2044             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2045             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2046         if ((m_pdp->flags & PG_ZERO) == 0)
2047                 pmap_zero_page(m_pdp);
2048         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2049         m_pd = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2050             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2051             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2052         if ((m_pd->flags & PG_ZERO) == 0)
2053                 pmap_zero_page(m_pd);
2054         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2055         m_pt = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2056             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2057             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2058         if ((m_pt->flags & PG_ZERO) == 0)
2059                 pmap_zero_page(m_pt);
2060         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2061
2062         /*
2063          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2064          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2065          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2066          */
2067         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2068             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2069             X86_PG_M;
2070         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2071             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2072             X86_PG_M;
2073         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2074             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2075             X86_PG_M;
2076         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2077             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2078             X86_PG_M;
2079
2080         /*
2081          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2082          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2083          */
2084         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2085             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2086
2087         /*
2088          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2089          */
2090         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2091             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2092             X86_PG_M;
2093         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2094             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2095             X86_PG_M;
2096
2097         /*
2098          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2099          */
2100         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2101         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2102             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2103         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2104         la57_tramp(KPML5phys);
2105
2106         /*
2107          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2108          */
2109         lgdt(&r_gdt);
2110         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2111         load_ds(_udatasel);
2112         load_es(_udatasel);
2113         load_fs(_ufssel);
2114         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2115             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2116         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2117
2118         /*
2119          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2120          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2121          */
2122         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2123         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2124         vm_page_free(m_code);
2125         vm_page_free(m_pdp);
2126         vm_page_free(m_pd);
2127         vm_page_free(m_pt);
2128
2129         /* 
2130          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2131          * PDmap.
2132          */
2133         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2134
2135         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2136         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2137 }
2138 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2139
2140 /*
2141  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2142  */
2143 void
2144 pmap_page_init(vm_page_t m)
2145 {
2146
2147         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2148         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2149 }
2150
2151 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2152 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2153     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2154     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2155
2156 void
2157 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2158 {
2159         /*
2160          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2161          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2162          */
2163         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2164             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2165             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2166             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2167             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2168             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2169             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2170             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2171             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2172             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2173             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2174             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2175             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2176             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2177             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2178             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2179             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2180             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2181             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2182             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2183             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2184                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2185         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2186 }
2187
2188 static bool
2189 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2190 {
2191
2192         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2193             !pmap_allow_2m_x_ept);
2194 }
2195
2196 #ifdef NUMA
2197 static void
2198 pmap_init_pv_table(void)
2199 {
2200         struct pmap_large_md_page *pvd;
2201         vm_size_t s;
2202         long start, end, highest, pv_npg;
2203         int domain, i, j, pages;
2204
2205         /*
2206          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2207          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2208          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2209          */
2210         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2211
2212         /*
2213          * Calculate the size of the array.
2214          */
2215         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2216         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2217         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2218         s = round_page(s);
2219         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2220         if (pv_table == NULL)
2221                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2222
2223         /*
2224          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2225          */
2226         highest = -1;
2227         s = 0;
2228         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2229                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2230                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2231
2232                 if (highest >= end)
2233                         continue;
2234
2235                 start = highest + 1;
2236                 pvd = &pv_table[start];
2237
2238                 pages = end - start + 1;
2239                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2240                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2241
2242                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2243                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2244                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2245                         if (m == NULL)
2246                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2247                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2248                 }
2249
2250                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2251                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2252                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2253                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2254                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2255                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2256                         pvd++;
2257                 }
2258         }
2259         pvd = &pv_dummy_large;
2260         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2261         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2262         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2263         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2264         pvd->pv_invl_gen = 0;
2265 }
2266 #else
2267 static void
2268 pmap_init_pv_table(void)
2269 {
2270         vm_size_t s;
2271         long i, pv_npg;
2272
2273         /*
2274          * Initialize the pool of pv list locks.
2275          */
2276         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2277                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2278
2279         /*
2280          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2281          */
2282         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2283
2284         /*
2285          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2286          */
2287         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2288         s = round_page(s);
2289         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2290         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2291                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2292         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2293 }
2294 #endif
2295
2296 /*
2297  *      Initialize the pmap module.
2298  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2299  *      system needs to map virtual memory.
2300  */
2301 void
2302 pmap_init(void)
2303 {
2304         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2305         vm_page_t m, mpte;
2306         int error, i, ret, skz63;
2307
2308         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2309         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2310
2311         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2312         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2313             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2314                 /*
2315                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2316                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2317                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2318                  *
2319                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2320                  * seems to be impossible to distinguish between
2321                  * Skylake Server and Skylake X.
2322                  */
2323                 skz63 = 1;
2324                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2325                 if (skz63 != 0) {
2326                         if (bootverbose)
2327                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2328                                     "at physical 1G\n");
2329                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2330                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2331                                     ptoa(i), FALSE);
2332                                 if (!ret && bootverbose)
2333                                         printf("page at %#lx already used\n",
2334                                             0x40000000 + ptoa(i));
2335                         }
2336                 }
2337         }
2338
2339         /* IFU */
2340         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2341
2342         /*
2343          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2344          * page table pages.
2345          */ 
2346         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2347         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2348                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2349                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2350                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2351                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2352                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2353                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2354                 mpte->ref_count = 1;
2355
2356                 /*
2357                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2358                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2359                  */
2360                 if ((vm_paddr_t)i << PDRSHIFT < KERNend &&
2361                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2362                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2363         }
2364         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2365         vm_wire_add(nkpt);
2366
2367         /*
2368          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2369          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2370          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2371          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2372          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2373          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2374          * or newer AMD processors.
2375          */
2376         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2377             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2378             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2379             AMDID2_FMA4)) == 0)
2380                 workaround_erratum383 = 1;
2381
2382         /*
2383          * Are large page mappings enabled?
2384          */
2385         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2386         if (pg_ps_enabled) {
2387                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2388                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2389                 pagesizes[1] = NBPDR;
2390                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
2391                         KASSERT(MAXPAGESIZES > 2 && pagesizes[2] == 0,
2392                             ("pmap_init: can't assign to pagesizes[2]"));
2393                         pagesizes[2] = NBPDP;
2394                 }
2395         }
2396
2397         /*
2398          * Initialize pv chunk lists.
2399          */
2400         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2401                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2402                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2403         }
2404         pmap_init_pv_table();
2405
2406         pmap_initialized = 1;
2407         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2408                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2409                 if (ppim->va == 0)
2410                         continue;
2411                 /* Make the direct map consistent */
2412                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2413                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2414                             ppim->sz, ppim->mode);
2415                 }
2416                 if (!bootverbose)
2417                         continue;
2418                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2419                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2420         }
2421
2422         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2423         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2424             (vmem_addr_t *)&qframe);
2425         if (error != 0)
2426                 panic("qframe allocation failed");
2427
2428         lm_ents = 8;
2429         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2430         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2431                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2432         if (bootverbose)
2433                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2434                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2435         if (lm_ents != 0) {
2436                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2437                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2438                 if (large_vmem == NULL) {
2439                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2440                         lm_ents = 0;
2441                 }
2442                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2443                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2444                         /* XXXKIB la57 */
2445                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2446                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2447                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2448                 }
2449         }
2450 }
2451
2452 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2453     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2454     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2455     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2456
2457 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2458     "2MB page mapping counters");
2459
2460 static u_long pmap_pde_demotions;
2461 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2462     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2463
2464 static u_long pmap_pde_mappings;
2465 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2466     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2467
2468 static u_long pmap_pde_p_failures;
2469 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2470     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2471
2472 static u_long pmap_pde_promotions;
2473 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2474     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2475
2476 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2477     "1GB page mapping counters");
2478
2479 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2480 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2481     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2482
2483 /***************************************************
2484  * Low level helper routines.....
2485  ***************************************************/
2486
2487 static pt_entry_t
2488 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2489 {
2490         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2491
2492         switch (pmap->pm_type) {
2493         case PT_X86:
2494         case PT_RVI:
2495                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2496                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2497                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2498
2499                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2500                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2501                         entry ^= x86_pat_bits;
2502                 break;
2503         case PT_EPT:
2504                 /*
2505                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2506                  * the same way for regular pages and superpages.
2507                  */
2508                 break;
2509         default:
2510                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2511         }
2512
2513         return (entry);
2514 }
2515
2516 boolean_t
2517 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2518 {
2519
2520         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2521             pat_index[(int)mode] >= 0);
2522 }
2523
2524 /*
2525  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2526  * caching mode.
2527  */
2528 int
2529 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2530 {
2531         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2532
2533         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2534                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2535
2536         switch (pmap->pm_type) {
2537         case PT_X86:
2538         case PT_RVI:
2539                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2540                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2541
2542                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2543                 pat_idx = pat_index[mode];
2544
2545                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2546                 cache_bits = 0;
2547                 if (pat_idx & 0x4)
2548                         cache_bits |= pat_flag;
2549                 if (pat_idx & 0x2)
2550                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2551                 if (pat_idx & 0x1)
2552                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2553                 break;
2554
2555         case PT_EPT:
2556                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2557                 break;
2558
2559         default:
2560                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2561         }
2562
2563         return (cache_bits);
2564 }
2565
2566 static int
2567 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2568 {
2569         int mask;
2570
2571         switch (pmap->pm_type) {
2572         case PT_X86:
2573         case PT_RVI:
2574                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2575                 break;
2576         case PT_EPT:
2577                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2578                 break;
2579         default:
2580                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2581         }
2582
2583         return (mask);
2584 }
2585
2586 static int
2587 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2588 {
2589         int pat_flag, pat_idx;
2590
2591         pat_idx = 0;
2592         switch (pmap->pm_type) {
2593         case PT_X86:
2594         case PT_RVI:
2595                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2596                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2597
2598                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2599                         pat_idx |= 0x4;
2600                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2601                         pat_idx |= 0x2;
2602                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2603                         pat_idx |= 0x1;
2604                 break;
2605         case PT_EPT:
2606                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2607                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2608                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2609                 break;
2610         }
2611
2612         /* See pmap_init_pat(). */
2613         if (pat_idx == 4)
2614                 pat_idx = 0;
2615         if (pat_idx == 7)
2616                 pat_idx = 3;
2617
2618         return (pat_idx);
2619 }
2620
2621 bool
2622 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2623 {
2624
2625         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2626 }
2627
2628 static void
2629 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2630 {
2631
2632         switch (pmap->pm_type) {
2633         case PT_X86:
2634                 break;
2635         case PT_RVI:
2636         case PT_EPT:
2637                 /*
2638                  * XXX
2639                  * This is a little bogus since the generation number is
2640                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2641                  * space is invalidated in the page tables.
2642                  *
2643                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2644                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2645                  * invalidated in the TLB.
2646                  *
2647                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2648                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2649                  * side-effect.
2650                  */
2651                 atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2652                 break;
2653         default:
2654                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2655         }
2656         pde_store(pde, newpde);
2657 }
2658
2659 /*
2660  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2661  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2662  * calling processor's TLB is affected.
2663  *
2664  * The calling thread must be pinned to a processor.
2665  */
2666 static void
2667 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2668 {
2669         pt_entry_t PG_G;
2670
2671         if (pmap_type_guest(pmap))
2672                 return;
2673
2674         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2675             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2676
2677         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2678
2679         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2680                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2681                 invlpg(va);
2682         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2683                 /*
2684                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2685                  * because there are too many to flush individually.
2686                  */
2687                 invltlb();
2688         else {
2689                 /*
2690                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2691                  * including any global (PG_G) mappings.
2692                  */
2693                 invltlb_glob();
2694         }
2695 }
2696 #ifdef SMP
2697
2698 /*
2699  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2700  *
2701  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2702  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2703  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2704  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2705  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2706  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2707  * one of the following functions but before a store updating the page
2708  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2709  * processor before its pm_active field is checked but due to
2710  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2711  * pmap as inactive on the other processor.
2712  * 
2713  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2714  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2715  * processor.
2716  */
2717
2718 /*
2719  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2720  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2721  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2722  */
2723 static __inline void
2724 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2725 {
2726         smr_seq_t goal;
2727         int ipinum;
2728
2729         sched_pin();
2730         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2731             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2732
2733         /*
2734          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2735          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2736          *
2737          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2738          * are flushed from the TLB on each context switch.
2739          *
2740          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2741          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2742          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2743          *
2744          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2745          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2746          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2747          *
2748          * To ensure that all vCPU threads have observed the new counter
2749          * value before returning, we use SMR.  Ordering is important here:
2750          * the VMM enters an SMR read section before loading the counter
2751          * and after updating the pm_active bit set.  Thus, pm_active is
2752          * a superset of active readers, and any reader that has observed
2753          * the goal has observed the new counter value.
2754          */
2755         atomic_add_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2756
2757         goal = smr_advance(pmap->pm_eptsmr);
2758
2759         /*
2760          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2761          */
2762         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2763         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2764         sched_unpin();
2765
2766         /*
2767          * Ensure that all active vCPUs will observe the new generation counter
2768          * value before executing any more guest instructions.
2769          */
2770         smr_wait(pmap->pm_eptsmr, goal);
2771 }
2772
2773 static cpuset_t
2774 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2775 {
2776
2777         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2778 }
2779
2780 static inline void
2781 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2782     const bool invpcid_works1)
2783 {
2784         struct invpcid_descr d;
2785         uint64_t kcr3, ucr3;
2786         uint32_t pcid;
2787         u_int cpuid, i;
2788
2789         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2790         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2791                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2792                     /*
2793                      * If we context-switched right after
2794                      * PCPU_GET(ucr3_load_mask), we could read the
2795                      * ~CR3_PCID_SAVE mask, which causes us to skip
2796                      * the code below to invalidate user pages.  This
2797                      * is handled in pmap_activate_sw_pcid_pti() by
2798                      * clearing pm_gen if ucr3_load_mask is ~CR3_PCID_SAVE.
2799                      */
2800                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2801                         /*
2802                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2803                          * context switch, we must disable switching.
2804                          * Otherwise, we might use a stale value
2805                          * below.
2806                          */
2807                         critical_enter();
2808                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2809                         if (invpcid_works1) {
2810                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2811                                 d.pad = 0;
2812                                 d.addr = va;
2813                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2814                         } else {
2815                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2816                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2817                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2818                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2819                         }
2820                         critical_exit();
2821                 }
2822         } else
2823                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2824
2825         CPU_FOREACH(i) {
2826                 if (cpuid != i)
2827                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2828         }
2829
2830         /*
2831          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2832          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2833          * for us to miss the bit update in pm_active and
2834          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2835          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2836          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2837          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2838          * the reciprocal fence.
2839          */
2840         atomic_thread_fence_seq_cst();
2841 }
2842
2843 static void
2844 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2845 {
2846
2847         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2848 }
2849
2850 static void
2851 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2852 {
2853
2854         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2855 }
2856
2857 static void
2858 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2859 {
2860 }
2861
2862 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2863 {
2864
2865         if (pmap_pcid_enabled)
2866                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2867                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2868         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2869 }
2870
2871 static void
2872 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2873     vm_offset_t addr2 __unused)
2874 {
2875
2876         if (pmap == kernel_pmap) {
2877                 invlpg(va);
2878         } else {
2879                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2880                         invlpg(va);
2881                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2882         }
2883 }
2884
2885 void
2886 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2887 {
2888
2889         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2890                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2891                 return;
2892         }
2893
2894         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2895             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2896
2897         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2898             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2899 }
2900
2901 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2902 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2903
2904 static void
2905 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2906     const bool invpcid_works1)
2907 {
2908         struct invpcid_descr d;
2909         uint64_t kcr3, ucr3;
2910         uint32_t pcid;
2911         u_int cpuid, i;
2912
2913         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2914         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2915                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2916                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2917                         critical_enter();
2918                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2919                         if (invpcid_works1) {
2920                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2921                                 d.pad = 0;
2922                                 d.addr = sva;
2923                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2924                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2925                         } else {
2926                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2927                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2928                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2929                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2930                         }
2931                         critical_exit();
2932                 }
2933         } else
2934                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2935
2936         CPU_FOREACH(i) {
2937                 if (cpuid != i)
2938                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2939         }
2940         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2941         atomic_thread_fence_seq_cst();
2942 }
2943
2944 static void
2945 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2946     vm_offset_t eva)
2947 {
2948
2949         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2950 }
2951
2952 static void
2953 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2954     vm_offset_t eva)
2955 {
2956
2957         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2958 }
2959
2960 static void
2961 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2962 {
2963 }
2964
2965 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2966     vm_offset_t))
2967 {
2968
2969         if (pmap_pcid_enabled)
2970                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2971                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2972         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2973 }
2974
2975 static void
2976 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2977 {
2978         vm_offset_t addr;
2979
2980         if (pmap == kernel_pmap) {
2981                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2982                         invlpg(addr);
2983         } else {
2984                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2985                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2986                                 invlpg(addr);
2987                 }
2988                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2989         }
2990 }
2991
2992 void
2993 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2994 {
2995
2996         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2997                 pmap_invalidate_all(pmap);
2998                 return;
2999         }
3000
3001         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3002                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3003                 return;
3004         }
3005
3006         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3007             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
3008
3009         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
3010             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
3011 }
3012
3013 static inline void
3014 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
3015 {
3016         struct invpcid_descr d;
3017         uint64_t kcr3;
3018         uint32_t pcid;
3019         u_int cpuid, i;
3020
3021         if (pmap == kernel_pmap) {
3022                 if (invpcid_works1) {
3023                         bzero(&d, sizeof(d));
3024                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3025                 } else {
3026                         invltlb_glob();
3027                 }
3028         } else {
3029                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3030                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3031                         critical_enter();
3032                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3033                         if (invpcid_works1) {
3034                                 d.pcid = pcid;
3035                                 d.pad = 0;
3036                                 d.addr = 0;
3037                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3038                         } else {
3039                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3040                                 load_cr3(kcr3);
3041                         }
3042                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3043                                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3044                         critical_exit();
3045                 } else
3046                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
3047                 CPU_FOREACH(i) {
3048                         if (cpuid != i)
3049                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3050                 }
3051         }
3052         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
3053         atomic_thread_fence_seq_cst();
3054 }
3055
3056 static void
3057 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
3058 {
3059
3060         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
3061 }
3062
3063 static void
3064 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
3065 {
3066
3067         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
3068 }
3069
3070 static void
3071 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
3072 {
3073
3074         if (pmap == kernel_pmap)
3075                 invltlb_glob();
3076         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3077                 invltlb();
3078 }
3079
3080 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
3081 {
3082
3083         if (pmap_pcid_enabled)
3084                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
3085                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
3086         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
3087 }
3088
3089 static void
3090 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3091     vm_offset_t addr2 __unused)
3092 {
3093
3094         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
3095 }
3096
3097 void
3098 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3099 {
3100
3101         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3102                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3103                 return;
3104         }
3105
3106         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3107             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3108
3109         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3110             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3111 }
3112
3113 static void
3114 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3115     vm_offset_t addr2 __unused)
3116 {
3117
3118         wbinvd();
3119 }
3120
3121 void
3122 pmap_invalidate_cache(void)
3123 {
3124
3125         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3126 }
3127
3128 struct pde_action {
3129         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3130         pmap_t pmap;
3131         vm_offset_t va;
3132         pd_entry_t *pde;
3133         pd_entry_t newpde;
3134         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3135 };
3136
3137 static void
3138 pmap_update_pde_action(void *arg)
3139 {
3140         struct pde_action *act = arg;
3141
3142         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3143                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3144 }
3145
3146 static void
3147 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3148 {
3149         struct pde_action *act = arg;
3150
3151         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3152                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3153 }
3154
3155 /*
3156  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3157  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3158  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3159  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3160  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3161  * hardware error.
3162  */
3163 static void
3164 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3165 {
3166         struct pde_action act;
3167         cpuset_t active, other_cpus;
3168         u_int cpuid;
3169
3170         sched_pin();
3171         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3172         other_cpus = all_cpus;
3173         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3174         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3175                 active = all_cpus;
3176         else {
3177                 active = pmap->pm_active;
3178         }
3179         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3180                 act.store = cpuid;
3181                 act.invalidate = active;
3182                 act.va = va;
3183                 act.pmap = pmap;
3184                 act.pde = pde;
3185                 act.newpde = newpde;
3186                 CPU_SET(cpuid, &active);
3187                 smp_rendezvous_cpus(active,
3188                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3189                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3190         } else {
3191                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3192                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3193                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3194         }
3195         sched_unpin();
3196 }
3197 #else /* !SMP */
3198 /*
3199  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3200  */
3201 void
3202 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3203 {
3204         struct invpcid_descr d;
3205         uint64_t kcr3, ucr3;
3206         uint32_t pcid;
3207
3208         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3209                 pmap->pm_eptgen++;
3210                 return;
3211         }
3212         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3213             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3214
3215         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3216                 invlpg(va);
3217                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3218                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3219                         critical_enter();
3220                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3221                         if (invpcid_works) {
3222                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3223                                 d.pad = 0;
3224                                 d.addr = va;
3225                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3226                         } else {
3227                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3228                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3229                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3230                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3231                         }
3232                         critical_exit();
3233                 }
3234         } else if (pmap_pcid_enabled)
3235                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3236 }
3237
3238 void
3239 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3240 {
3241         struct invpcid_descr d;
3242         vm_offset_t addr;
3243         uint64_t kcr3, ucr3;
3244
3245         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3246                 pmap->pm_eptgen++;
3247                 return;
3248         }
3249         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3250             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3251
3252         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3253                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3254                         invlpg(addr);
3255                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3256                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3257                         critical_enter();
3258                         if (invpcid_works) {
3259                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3260                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3261                                 d.pad = 0;
3262                                 d.addr = sva;
3263                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3264                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3265                         } else {
3266                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3267                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3268                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3269                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3270                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3271                         }
3272                         critical_exit();
3273                 }
3274         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3275                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3276         }
3277 }
3278
3279 void
3280 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3281 {
3282         struct invpcid_descr d;
3283         uint64_t kcr3, ucr3;
3284
3285         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3286                 pmap->pm_eptgen++;
3287                 return;
3288         }
3289         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3290             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3291
3292         if (pmap == kernel_pmap) {
3293                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3294                         bzero(&d, sizeof(d));
3295                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3296                 } else {
3297                         invltlb_glob();
3298                 }
3299         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3300                 if (pmap_pcid_enabled) {
3301                         critical_enter();
3302                         if (invpcid_works) {
3303                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3304                                 d.pad = 0;
3305                                 d.addr = 0;
3306                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3307                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3308                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3309                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3310                                 }
3311                         } else {
3312                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3313                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3314                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3315                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3316                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3317                                 } else
3318                                         load_cr3(kcr3);
3319                         }
3320                         critical_exit();
3321                 } else {
3322                         invltlb();
3323                 }
3324         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3325                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3326         }
3327 }
3328
3329 PMAP_INLINE void
3330 pmap_invalidate_cache(void)
3331 {
3332
3333         wbinvd();
3334 }
3335
3336 static void
3337 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3338 {
3339
3340         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3341         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3342                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3343         else
3344                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3345 }
3346 #endif /* !SMP */
3347
3348 static void
3349 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3350 {
3351
3352         /*
3353          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3354          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3355          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3356          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3357          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3358          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3359          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3360          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3361          * TLB.
3362          */
3363         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3364                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3365         else
3366                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3367 }
3368
3369 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3370     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3371 {
3372
3373         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3374                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3375         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3376                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3377         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3378 }
3379
3380 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3381
3382 static void
3383 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3384 {
3385
3386         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3387             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3388         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3389             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3390 }
3391
3392 static void
3393 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3394 {
3395
3396         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3397 }
3398
3399 void
3400 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3401 {
3402
3403         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3404
3405         /*
3406          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3407          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3408          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3409          * for that range anyway.
3410          */
3411         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3412                 return;
3413
3414         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3415                 /*
3416                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3417                  * instruction to insure that previous stores are
3418                  * included in the write-back.  The processor
3419                  * propagates flush to other processors in the cache
3420                  * coherence domain.
3421                  */
3422                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3423                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3424                         clflushopt(sva);
3425                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3426         } else {
3427                 /*
3428                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3429                  */
3430                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3431                         mfence();
3432                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3433                         clflush(sva);
3434                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3435                         mfence();
3436         }
3437 }
3438
3439 static void
3440 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3441 {
3442
3443         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3444         pmap_invalidate_cache();
3445 }
3446
3447 /*
3448  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3449  *
3450  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3451  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3452  * when moving pages into a different cache domain.
3453  */
3454 void
3455 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3456 {
3457         vm_offset_t daddr, eva;
3458         int i;
3459         bool useclflushopt;
3460
3461         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3462         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3463             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3464                 pmap_invalidate_cache();
3465         else {
3466                 if (useclflushopt)
3467                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3468                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3469                         mfence();
3470                 for (i = 0; i < count; i++) {
3471                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3472                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3473                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3474                                 if (useclflushopt)
3475                                         clflushopt(daddr);
3476                                 else
3477                                         clflush(daddr);
3478                         }
3479                 }
3480                 if (useclflushopt)
3481                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3482                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3483                         mfence();
3484         }
3485 }
3486
3487 void
3488 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3489 {
3490
3491         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3492
3493         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3494                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3495                 return;
3496         }
3497
3498         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3499         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3500                 return;
3501
3502         atomic_thread_fence_seq_cst();
3503         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3504                 clwb(sva);
3505         atomic_thread_fence_seq_cst();
3506 }
3507
3508 void
3509 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3510 {
3511         pt_entry_t *pte;
3512         vm_offset_t vaddr;
3513         int error, pte_bits;
3514
3515         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3516             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3517         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3518             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3519
3520         if (spa < dmaplimit) {
3521                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3522                     dmaplimit, epa)));
3523                 if (dmaplimit >= epa)
3524                         return;
3525                 spa = dmaplimit;
3526         }
3527
3528         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3529             X86_PG_V;
3530         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3531             &vaddr);
3532         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3533         pte = vtopte(vaddr);
3534         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3535                 sched_pin();
3536                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3537                 invlpg(vaddr);
3538                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3539                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3540                 sched_unpin();
3541         }
3542         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3543 }
3544
3545 /*
3546  *      Routine:        pmap_extract
3547  *      Function:
3548  *              Extract the physical page address associated
3549  *              with the given map/virtual_address pair.
3550  */
3551 vm_paddr_t 
3552 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3553 {
3554         pdp_entry_t *pdpe;
3555         pd_entry_t *pde;
3556         pt_entry_t *pte, PG_V;
3557         vm_paddr_t pa;
3558
3559         pa = 0;
3560         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3561         PMAP_LOCK(pmap);
3562         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3563         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3564                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3565                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3566                 else {
3567                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3568                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3569                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3570                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3571                                             (va & PDRMASK);
3572                                 } else {
3573                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3574                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3575                                             (va & PAGE_MASK);
3576                                 }
3577                         }
3578                 }
3579         }
3580         PMAP_UNLOCK(pmap);
3581         return (pa);
3582 }
3583
3584 /*
3585  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3586  *      Function:
3587  *              Atomically extract and hold the physical page
3588  *              with the given pmap and virtual address pair
3589  *              if that mapping permits the given protection.
3590  */
3591 vm_page_t
3592 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3593 {
3594         pdp_entry_t pdpe, *pdpep;
3595         pd_entry_t pde, *pdep;
3596         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3597         vm_page_t m;
3598
3599         m = NULL;
3600         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3601         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3602         PMAP_LOCK(pmap);
3603
3604         pdpep = pmap_pdpe(pmap, va);
3605         if (pdpep == NULL || ((pdpe = *pdpep) & PG_V) == 0)
3606                 goto out;
3607         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
3608                 if ((pdpe & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3609                         goto out;
3610                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK));
3611                 goto check_page;
3612         }
3613
3614         pdep = pmap_pdpe_to_pde(pdpep, va);
3615         if (pdep == NULL || ((pde = *pdep) & PG_V) == 0)
3616                 goto out;
3617         if ((pde & PG_PS) != 0) {
3618                 if ((pde & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3619                         goto out;
3620                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
3621                 goto check_page;
3622         }
3623
3624         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3625         if ((pte & PG_V) == 0 ||
3626             ((pte & PG_RW) == 0 && (prot & VM_PROT_WRITE) != 0))
3627                 goto out;
3628         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3629
3630 check_page:
3631         if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3632                 m = NULL;
3633 out:
3634         PMAP_UNLOCK(pmap);
3635         return (m);
3636 }
3637
3638 vm_paddr_t
3639 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3640 {
3641         pd_entry_t pde;
3642         vm_paddr_t pa;
3643
3644         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3645                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3646         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3647                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3648         } else {
3649                 pde = *vtopde(va);
3650                 if (pde & PG_PS) {
3651                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3652                 } else {
3653                         /*
3654                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3655                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3656                          * be used to access the PTE because it would use the
3657                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3658                          * because the page table page is preserved by the
3659                          * promotion.
3660                          */
3661                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3662                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3663                 }
3664         }
3665         return (pa);
3666 }
3667
3668 /***************************************************
3669  * Low level mapping routines.....
3670  ***************************************************/
3671
3672 /*
3673  * Add a wired page to the kva.
3674  * Note: not SMP coherent.
3675  */
3676 PMAP_INLINE void 
3677 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3678 {
3679         pt_entry_t *pte;
3680
3681         pte = vtopte(va);
3682         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3683 }
3684
3685 static __inline void
3686 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3687 {
3688         pt_entry_t *pte;
3689         int cache_bits;
3690
3691         pte = vtopte(va);
3692         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3693         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3694 }
3695
3696 /*
3697  * Remove a page from the kernel pagetables.
3698  * Note: not SMP coherent.
3699  */
3700 PMAP_INLINE void
3701 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3702 {
3703         pt_entry_t *pte;
3704
3705         pte = vtopte(va);
3706         pte_clear(pte);
3707 }
3708
3709 /*
3710  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3711  *      virtual address space.
3712  *
3713  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3714  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3715  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3716  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3717  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3718  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3719  *      region.
3720  */
3721 vm_offset_t
3722 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3723 {
3724         return PHYS_TO_DMAP(start);
3725 }
3726
3727 /*
3728  * Add a list of wired pages to the kva
3729  * this routine is only used for temporary
3730  * kernel mappings that do not need to have
3731  * page modification or references recorded.
3732  * Note that old mappings are simply written
3733  * over.  The page *must* be wired.
3734  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3735  */
3736 void
3737 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3738 {
3739         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3740         vm_page_t m;
3741         int cache_bits;
3742
3743         oldpte = 0;
3744         pte = vtopte(sva);
3745         endpte = pte + count;
3746         while (pte < endpte) {
3747                 m = *ma++;
3748                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3749                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3750                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3751                         oldpte |= *pte;
3752                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3753                 }
3754                 pte++;
3755         }
3756         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3757                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3758                     PAGE_SIZE);
3759 }
3760
3761 /*
3762  * This routine tears out page mappings from the
3763  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3764  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3765  */
3766 void
3767 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3768 {
3769         vm_offset_t va;
3770
3771         va = sva;
3772         while (count-- > 0) {
3773                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3774                 pmap_kremove(va);
3775                 va += PAGE_SIZE;
3776         }
3777         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3778 }
3779
3780 /***************************************************
3781  * Page table page management routines.....
3782  ***************************************************/
3783 /*
3784  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3785  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3786  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3787  */
3788 static __inline void
3789 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3790     boolean_t set_PG_ZERO)
3791 {
3792
3793         if (set_PG_ZERO)
3794                 m->flags |= PG_ZERO;
3795         else
3796                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3797         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3798 }
3799
3800 /*
3801  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3802  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3803  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3804  * ordered by this virtual address range.
3805  *
3806  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3807  */
3808 static __inline int
3809 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3810 {
3811
3812         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3813         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3814         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3815 }
3816
3817 /*
3818  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3819  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3820  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3821  * specified virtual address.
3822  */
3823 static __inline vm_page_t
3824 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3825 {
3826
3827         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3828         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3829 }
3830
3831 /*
3832  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3833  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3834  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3835  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3836  */
3837 static inline boolean_t
3838 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3839 {
3840
3841         --m->ref_count;
3842         if (m->ref_count == 0) {
3843                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3844                 return (TRUE);
3845         } else
3846                 return (FALSE);
3847 }
3848
3849 static void
3850 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3851 {
3852         pml5_entry_t *pml5;
3853         pml4_entry_t *pml4;
3854         pdp_entry_t *pdp;
3855         pd_entry_t *pd;
3856         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
3857
3858         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3859
3860         /*
3861          * unmap the page table page
3862          */
3863         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
3864                 /* PML4 page */
3865                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
3866                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
3867                 *pml5 = 0;
3868                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3869                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
3870                         *pml5 = 0;
3871                 }
3872         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3873                 /* PDP page */
3874                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3875                 *pml4 = 0;
3876                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
3877                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3878                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
3879                         *pml4 = 0;
3880                 }
3881         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3882                 /* PD page */
3883                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3884                 *pdp = 0;
3885         } else {
3886                 /* PTE page */
3887                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3888                 *pd = 0;
3889         }
3890         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3891         if (m->pindex < NUPDE) {
3892                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3893                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3894                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3895         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3896                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3897                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3898                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3899         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
3900                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
3901                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
3902                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
3903         }
3904
3905         /* 
3906          * Put page on a list so that it is released after
3907          * *ALL* TLB shootdown is done
3908          */
3909         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3910 }
3911
3912 /*
3913  * After removing a page table entry, this routine is used to
3914  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3915  */
3916 static int
3917 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3918     struct spglist *free)
3919 {
3920         vm_page_t mpte;
3921
3922         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3923                 return (0);
3924         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3925         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3926         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3927 }
3928
3929 /*
3930  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3931  * mapping.
3932  */
3933 static void
3934 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3935 {
3936         struct spglist free;
3937
3938         SLIST_INIT(&free);
3939         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3940                 /*
3941                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3942                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3943                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3944                  */
3945                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3946                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3947         }
3948 }
3949
3950 void
3951 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3952 {
3953         struct proc *p;
3954         struct thread *td;
3955         int i;
3956
3957         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3958         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
3959         pmap->pm_pmltopu = NULL;
3960         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
3961         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3962         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3963         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3964         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3965         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3966         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3967         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3968         CPU_FOREACH(i) {
3969                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3970                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3971         }
3972         pmap_activate_boot(pmap);
3973         td = curthread;
3974         if (pti) {
3975                 p = td->td_proc;
3976                 PROC_LOCK(p);
3977                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3978                 PROC_UNLOCK(p);
3979         }
3980         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3981
3982         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3983                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3984                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3985                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3986         }
3987 }
3988
3989 void
3990 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3991 {
3992         pml4_entry_t *pm_pml4;
3993         int i;
3994
3995         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3996
3997         /* Wire in kernel global address entries. */
3998         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3999                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4000                     X86_PG_V;
4001         }
4002         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
4003                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
4004                     X86_PG_V;
4005         }
4006
4007         /* install self-referential address mapping entry(s) */
4008         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4009             X86_PG_A | X86_PG_M;
4010
4011         /* install large map entries if configured */
4012         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
4013                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
4014 }
4015
4016 void
4017 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
4018 {
4019         pml5_entry_t *pm_pml5;
4020
4021         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
4022
4023         /*
4024          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
4025          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
4026          */
4027         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
4028             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4029             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4030
4031         /* 
4032          * Install self-referential address mapping entry.
4033          */
4034         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
4035             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
4036             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4037 }
4038
4039 static void
4040 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4041 {
4042         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4043         int i;
4044
4045         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4046         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4047                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4048 }
4049
4050 static void
4051 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4052 {
4053         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4054
4055         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4056
4057         /*
4058          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4059          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4060          * into level 5 table.
4061          */
4062         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4063             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4064             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4065             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4066 }
4067
4068 /*
4069  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4070  * such as one in a vmspace structure.
4071  */
4072 int
4073 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4074 {
4075         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4076         vm_paddr_t pmltop_phys;
4077         int i;
4078
4079         /*
4080          * allocate the page directory page
4081          */
4082         pmltop_pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4083             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4084
4085         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4086         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4087
4088         CPU_FOREACH(i) {
4089                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4090                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4091         }
4092         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4093         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4094         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4095
4096         pmap->pm_type = pm_type;
4097         if ((pmltop_pg->flags & PG_ZERO) == 0)
4098                 pagezero(pmap->pm_pmltop);
4099
4100         /*
4101          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4102          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4103          * address space.
4104          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4105          */
4106         switch (pm_type) {
4107         case PT_X86:
4108                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4109                 if (pmap_is_la57(pmap))
4110                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4111                 else
4112                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4113                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4114                         pmltop_pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4115                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4116                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4117                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4118                         if (pmap_is_la57(pmap))
4119                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4120                         else
4121                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4122                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4123                 }
4124                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4125                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4126                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4127                 }
4128                 break;
4129         case PT_EPT:
4130         case PT_RVI:
4131                 pmap->pm_eptsmr = smr_create("pmap", 0, 0);
4132                 break;
4133         }
4134
4135         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4136         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4137         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4138         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4139         pmap->pm_flags = flags;
4140         pmap->pm_eptgen = 0;
4141
4142         return (1);
4143 }
4144
4145 int
4146 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4147 {
4148
4149         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4150 }
4151
4152 static void
4153 pmap_allocpte_free_unref(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t *pte)
4154 {
4155         vm_page_t mpg;
4156         struct spglist free;
4157
4158         mpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
4159         if (mpg->ref_count != 0)
4160                 return;
4161         SLIST_INIT(&free);
4162         _pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpg, &free);
4163         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4164         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4165 }
4166
4167 static pml4_entry_t *
4168 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4169     bool addref)
4170 {
4171         vm_pindex_t pml5index;
4172         pml5_entry_t *pml5;
4173         pml4_entry_t *pml4;
4174         vm_page_t pml4pg;
4175         pt_entry_t PG_V;
4176         bool allocated;
4177
4178         if (!pmap_is_la57(pmap))
4179                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4180
4181         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4182         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4183         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4184         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4185                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp, va) ==
4186                     NULL)
4187                         return (NULL);
4188                 allocated = true;
4189         } else {
4190                 allocated = false;
4191         }
4192         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4193         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4194         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4195                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4196                 if (allocated && !addref)
4197                         pml4pg->ref_count--;
4198                 else if (!allocated && addref)
4199                         pml4pg->ref_count++;
4200         }
4201         return (pml4);
4202 }
4203
4204 static pdp_entry_t *
4205 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4206     bool addref)
4207 {
4208         vm_page_t pdppg;
4209         pml4_entry_t *pml4;
4210         pdp_entry_t *pdp;
4211         pt_entry_t PG_V;
4212         bool allocated;
4213
4214         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4215
4216         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4217         if (pml4 == NULL)
4218                 return (NULL);
4219
4220         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4221                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4222                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp, va) ==
4223                     NULL) {
4224                         if (pmap_is_la57(pmap))
4225                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4226                                     pmap_pml5e(pmap, va));
4227                         return (NULL);
4228                 }
4229                 allocated = true;
4230         } else {
4231                 allocated = false;
4232         }
4233         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4234         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4235         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4236                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4237                 if (allocated && !addref)
4238                         pdppg->ref_count--;
4239                 else if (!allocated && addref)
4240                         pdppg->ref_count++;
4241         }
4242         return (pdp);
4243 }
4244
4245 /*
4246  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4247  *
4248  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4249  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
4250  *
4251  * Note: If a page allocation fails at page table level two, three, or four,
4252  * up to three pages may be held during the wait, only to be released
4253  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
4254  * race conditions.
4255  *
4256  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4257  * while translating virtual address va are defined as follows:
4258  * - for the page table page (last level),
4259  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4260  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4261  *   table page.
4262  * - for the page directory page,
4263  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4264  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4265  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4266  * - for the page directory pointer page,
4267  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4268  *          NPML4EPGSHIFT),
4269  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4270  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4271  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4272  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4273  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4274  *
4275  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4276  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4277  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4278  * corresponding paging entry in this order.
4279  *
4280  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4281  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4282  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4283  * regardless of the actual mode of operation.
4284  *
4285  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4286  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
4287  */
4288 static vm_page_t
4289 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4290     vm_offset_t va __unused)
4291 {
4292         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4293         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4294         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4295         pdp_entry_t *pdp;
4296         pd_entry_t *pd;
4297         vm_page_t m, pdpg;
4298         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4299
4300         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4301
4302         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4303         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4304         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4305         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4306
4307         /*
4308          * Allocate a page table page.
4309          */
4310         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
4311             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
4312                 if (lockp != NULL) {
4313                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4314                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4315                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4316                         vm_wait(NULL);
4317                         PMAP_LOCK(pmap);
4318                 }
4319
4320                 /*
4321                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
4322                  * page may have been allocated.
4323                  */
4324                 return (NULL);
4325         }
4326         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4327                 pmap_zero_page(m);
4328
4329         /*
4330          * Map the pagetable page into the process address space, if
4331          * it isn't already there.
4332          */
4333         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4334                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4335
4336                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4337                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4338                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4339                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4340                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4341
4342                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4343                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4344                                 *pml5 |= pg_nx;
4345
4346                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4347                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4348                             PG_A | PG_M;
4349                 }
4350         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4351                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4352                 /* Wire up a new PDPE page */
4353                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4354                 if (pml4 == NULL) {
4355                         vm_page_unwire_noq(m);
4356                         vm_page_free_zero(m);
4357                         return (NULL);
4358                 }
4359                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4360                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4361                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4362
4363                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4364                     pml4index < NUPML4E) {
4365                         /*
4366                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4367                          * kernel-mode page table no-execute so that
4368                          * we detect any programming errors that leave
4369                          * the kernel-mode page table active on return
4370                          * to user space.
4371                          */
4372                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4373                                 *pml4 |= pg_nx;
4374
4375                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4376                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4377                             PG_A | PG_M;
4378                 }
4379         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4380                 /* Wire up a new PDE page */
4381                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4382                 if (pdp == NULL) {
4383                         vm_page_unwire_noq(m);
4384                         vm_page_free_zero(m);
4385                         return (NULL);
4386                 }
4387                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4388                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4389                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4390         } else {
4391                 /* Wire up a new PTE page */
4392                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4393                 if (pdp == NULL) {
4394                         vm_page_unwire_noq(m);
4395                         vm_page_free_zero(m);
4396                         return (NULL);
4397                 }
4398                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4399                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4400                         if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4401                             lockp, va) == NULL) {
4402                                 pmap_allocpte_free_unref(pmap, va,
4403                                     pmap_pml4e(pmap, va));
4404                                 vm_page_unwire_noq(m);
4405                                 vm_page_free_zero(m);
4406                                 return (NULL);
4407                         }
4408                 } else {
4409                         /* Add reference to the pd page */
4410                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4411                         pdpg->ref_count++;
4412                 }
4413                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4414
4415                 /* Now we know where the page directory page is */
4416                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4417                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4418                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4419                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4420         }
4421
4422         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4423
4424         return (m);
4425 }
4426
4427 static pd_entry_t *
4428 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4429     struct rwlock **lockp)
4430 {
4431         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4432         pd_entry_t *pde;
4433         vm_page_t pdpg;
4434         vm_pindex_t pdpindex;
4435
4436         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4437
4438 retry:
4439         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4440         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4441                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4442                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4443                         /* Add a reference to the pd page. */
4444                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4445                         pdpg->ref_count++;
4446                 } else
4447                         pdpg = NULL;
4448         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4449                 /* Allocate a pd page. */
4450                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4451                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4452                 if (pdpg == NULL) {
4453                         if (lockp != NULL)
4454                                 goto retry;
4455                         else
4456                                 return (NULL);
4457                 }
4458                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4459                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4460         } else
4461                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4462                     va);
4463         *pdpgp = pdpg;
4464         return (pde);
4465 }
4466
4467 static vm_page_t
4468 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4469 {
4470         vm_pindex_t ptepindex;
4471         pd_entry_t *pd, PG_V;
4472         vm_page_t m;
4473
4474         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4475
4476         /*
4477          * Calculate pagetable page index
4478          */
4479         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4480 retry:
4481         /*
4482          * Get the page directory entry
4483          */
4484         pd = pmap_pde(pmap, va);
4485
4486         /*
4487          * This supports switching from a 2MB page to a
4488          * normal 4K page.
4489          */
4490         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4491                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4492                         /*
4493                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4494                          * the deallocation of the underlying PD page.
4495                          */
4496                         pd = NULL;
4497                 }
4498         }
4499
4500         /*
4501          * If the page table page is mapped, we just increment the
4502          * hold count, and activate it.
4503          */
4504         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4505                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4506                 m->ref_count++;
4507         } else {
4508                 /*
4509                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4510                  * deallocated.
4511                  */
4512                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp, va);
4513                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4514                         goto retry;
4515         }
4516         return (m);
4517 }
4518
4519 /***************************************************
4520  * Pmap allocation/deallocation routines.
4521  ***************************************************/
4522
4523 /*
4524  * Release any resources held by the given physical map.
4525  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4526  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4527  */
4528 void
4529 pmap_release(pmap_t pmap)
4530 {
4531         vm_page_t m;
4532         int i;
4533
4534         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4535             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4536             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4537         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4538             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4539             pmap));
4540         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4541             ("releasing active pmap %p", pmap));
4542
4543         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4544
4545         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4546                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4547                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4548         } else {
4549                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4550                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4551                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4552                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4553                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4554                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4555                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4556         }
4557
4558         vm_page_unwire_noq(m);
4559         vm_page_free_zero(m);
4560
4561         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4562                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4563                     pm_pmltopu));
4564                 vm_page_unwire_noq(m);
4565                 vm_page_free(m);
4566         }
4567         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4568             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4569                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4570 }
4571
4572 static int
4573 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4574 {
4575         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4576
4577         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4578 }
4579 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4580     0, 0, kvm_size, "LU",
4581     "Size of KVM");
4582
4583 static int
4584 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4585 {
4586         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4587
4588         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4589 }
4590 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4591     0, 0, kvm_free, "LU",
4592     "Amount of KVM free");
4593
4594 /*
4595  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4596  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4597  */
4598 void
4599 pmap_page_array_startup(long pages)
4600 {
4601         pdp_entry_t *pdpe;
4602         pd_entry_t *pde, newpdir;
4603         vm_offset_t va, start, end;
4604         vm_paddr_t pa;
4605         long pfn;
4606         int domain, i;
4607
4608         vm_page_array_size = pages;
4609
4610         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4611         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4612         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4613                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4614                 domain = vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4615                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4616                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4617                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4618                         dump_add_page(pa);
4619                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4620                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4621                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4622                 }
4623                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4624                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4625                         panic("Unexpected pde");
4626                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4627                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4628                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4629                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4630                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4631                 pde_store(pde, newpdir);
4632         }
4633         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4634 }
4635
4636 /*
4637  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4638  */
4639 void
4640 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4641 {
4642         vm_paddr_t paddr;
4643         vm_page_t nkpg;
4644         pd_entry_t *pde, newpdir;
4645         pdp_entry_t *pdpe;
4646
4647         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4648
4649         /*
4650          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4651          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4652          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4653          *
4654          * The correctness of this action is based on the following
4655          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4656          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4657          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4658          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4659          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4660          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4661          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4662          * "KERNBASE".
4663          */
4664         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4665                 return;
4666
4667         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4668         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4669                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4670         while (kernel_vm_end < addr) {
4671                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4672                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4673                         /* We need a new PDP entry */
4674                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4675                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4676                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4677                         if (nkpg == NULL)
4678                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4679                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4680                                 pmap_zero_page(nkpg);
4681                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4682                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4683                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4684                         continue; /* try again */
4685                 }
4686                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4687                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4688                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4689                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4690                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4691                                 break;                       
4692                         }
4693                         continue;
4694                 }
4695
4696                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4697                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4698                     VM_ALLOC_ZERO);
4699                 if (nkpg == NULL)
4700                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4701                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4702                         pmap_zero_page(nkpg);
4703                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4704                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4705                 pde_store(pde, newpdir);
4706
4707                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4708                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4709                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4710                         break;                       
4711                 }
4712         }
4713 }
4714
4715 /***************************************************
4716  * page management routines.
4717  ***************************************************/
4718
4719 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4720 CTASSERT(_NPCM == 3);
4721 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4722
4723 static __inline struct pv_chunk *
4724 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4725 {
4726
4727         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4728 }
4729
4730 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4731
4732 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4733 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4734 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4735
4736 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4737
4738 #ifdef PV_STATS
4739 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4740
4741 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4742         "Current number of pv entry chunks");
4743 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4744         "Current number of pv entry chunks allocated");
4745 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4746         "Current number of pv entry chunks frees");
4747 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4748         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4749
4750 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4751 static int pv_entry_spare;
4752
4753 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4754         "Current number of pv entry frees");
4755 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4756         "Current number of pv entry allocs");
4757 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4758         "Current number of pv entries");
4759 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4760         "Current number of spare pv entries");
4761 #endif
4762
4763 static void
4764 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4765 {
4766
4767         if (pmap == NULL)
4768                 return;
4769         pmap_invalidate_all(pmap);
4770         if (pmap != locked_pmap)
4771                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4772         if (start_di)
4773                 pmap_delayed_invl_finish();
4774 }
4775
4776 /*
4777  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4778  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4779  * another pv entry chunk.
4780  *
4781  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4782  *
4783  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4784  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4785  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4786  */
4787 static vm_page_t
4788 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4789 {
4790         struct pv_chunks_list *pvc;
4791         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4792         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4793         struct md_page *pvh;
4794         pd_entry_t *pde;
4795         pmap_t next_pmap, pmap;
4796         pt_entry_t *pte, tpte;
4797         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4798         pv_entry_t pv;
4799         vm_offset_t va;
4800         vm_page_t m, m_pc;
4801         struct spglist free;
4802         uint64_t inuse;
4803         int bit, field, freed;
4804         bool start_di, restart;
4805
4806         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4807         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4808         pmap = NULL;
4809         m_pc = NULL;
4810         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4811         SLIST_INIT(&free);
4812         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4813         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4814         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4815         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4816
4817         /*
4818          * A delayed invalidation block should already be active if
4819          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4820          * of pmap_demote_pde_locked().
4821          */
4822         start_di = pmap_not_in_di();
4823
4824         pvc = &pv_chunks[domain];
4825         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4826         pvc->active_reclaims++;
4827         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4828         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4829         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4830             SLIST_EMPTY(&free)) {
4831                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4832                 if (next_pmap == NULL) {
4833                         /*
4834                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4835                          * not our marker, so active_reclaims must be
4836                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4837                          * will not rotate the pv_chunks list.
4838                          */
4839                         goto next_chunk;
4840                 }
4841                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4842
4843                 /*
4844                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4845                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4846                  * corresponding pmap is locked.
4847                  */
4848                 if (pmap != next_pmap) {
4849                         restart = false;
4850                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4851                             start_di);
4852                         pmap = next_pmap;
4853                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4854                         if (pmap > locked_pmap) {
4855                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4856                                 PMAP_LOCK(pmap);
4857                                 if (start_di)
4858                                         pmap_delayed_invl_start();
4859                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4860                                 restart = true;
4861                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4862                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4863                                         if (start_di)
4864                                                 pmap_delayed_invl_start();
4865                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4866                                         restart = true;
4867                                 } else {
4868                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4869                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4870                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4871                                         if (pc == NULL ||
4872                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4873                                                 continue;
4874                                         goto next_chunk;
4875                                 }
4876                         } else if (start_di)
4877                                 pmap_delayed_invl_start();
4878                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4879                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4880                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4881                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4882                         if (restart)
4883                                 continue;
4884                 }
4885
4886                 /*
4887                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4888                  */
4889                 freed = 0;
4890                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4891                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4892                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4893                                 bit = bsfq(inuse);
4894                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4895                                 va = pv->pv_va;
4896                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4897                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4898                                         continue;
4899                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4900                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4901                                         continue;
4902                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4903                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4904                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4905                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4906                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4907                                         vm_page_dirty(m);
4908                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4909                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4910                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4911                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4912                                 m->md.pv_gen++;
4913                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4914                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4915                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4916                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4917                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4918                                                     PGA_WRITEABLE);
4919                                         }
4920                                 }
4921                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4922                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4923                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4924                                 freed++;
4925                         }
4926                 }
4927                 if (freed == 0) {
4928                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4929                         goto next_chunk;
4930                 }
4931                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4932                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4933                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4934                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4935                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4936                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4937                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4938                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4939                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4940                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4941                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4942                         /* Entire chunk is free; return it. */
4943                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4944                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4945                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4946                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4947                         break;
4948                 }
4949                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4950                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4951                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4952                 if (pmap == locked_pmap)
4953                         break;
4954 next_chunk:
4955                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4956                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4957                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4958                         /*
4959                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4960                          * scan the same pv chunks that could not be
4961                          * freed (because they contained a wired
4962                          * and/or superpage mapping) on every
4963                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4964                          */
4965                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4966                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4967                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4968                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4969                         }
4970                 }
4971         }
4972         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4973         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4974         pvc->active_reclaims--;
4975         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4976         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4977         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4978                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4979                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4980                 /* Recycle a freed page table page. */
4981                 m_pc->ref_count = 1;
4982         }
4983         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4984         return (m_pc);
4985 }
4986
4987 static vm_page_t
4988 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4989 {
4990         vm_page_t m;
4991         int i, domain;
4992
4993         domain = PCPU_GET(domain);
4994         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4995                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4996                 if (m != NULL)
4997                         break;
4998                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4999         }
5000
5001         return (m);
5002 }
5003
5004 /*
5005  * free the pv_entry back to the free list
5006  */
5007 static void
5008 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
5009 {
5010         struct pv_chunk *pc;
5011         int idx, field, bit;
5012
5013         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5014         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
5015         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
5016         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
5017         pc = pv_to_chunk(pv);
5018         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
5019         field = idx / 64;
5020         bit = idx % 64;
5021         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
5022         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
5023             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
5024                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
5025                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
5026                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5027                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5028                 }
5029                 return;
5030         }
5031         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5032         free_pv_chunk(pc);
5033 }
5034
5035 static void
5036 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
5037 {
5038         vm_page_t m;
5039
5040         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5041         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
5042         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
5043         /* entire chunk is free, return it */
5044         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
5045         dump_drop_page(m->phys_addr);
5046         vm_page_unwire_noq(m);
5047         vm_page_free(m);
5048 }
5049
5050 static void
5051 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
5052 {
5053         struct pv_chunks_list *pvc;
5054
5055         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
5056         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5057         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5058         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5059         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5060 }
5061
5062 static void
5063 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
5064 {
5065         struct pv_chunks_list *pvc;
5066         struct pv_chunk *pc, *npc;
5067         int i;
5068
5069         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5070                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5071                         continue;
5072                 pvc = &pv_chunks[i];
5073                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5074                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5075                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5076                 }
5077                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5078         }
5079
5080         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5081                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5082                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5083                 }
5084         }
5085 }
5086
5087 /*
5088  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5089  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5090  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5091  * returned.
5092  *
5093  * The given PV list lock may be released.
5094  */
5095 static pv_entry_t
5096 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5097 {
5098         struct pv_chunks_list *pvc;
5099         int bit, field;
5100         pv_entry_t pv;
5101         struct pv_chunk *pc;
5102         vm_page_t m;
5103
5104         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5105         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
5106 retry:
5107         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5108         if (pc != NULL) {
5109                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5110                         if (pc->pc_map[field]) {
5111                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5112                                 break;
5113                         }
5114                 }
5115                 if (field < _NPCM) {
5116                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5117                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5118                         /* If this was the last item, move it to tail */
5119                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5120                             pc->pc_map[2] == 0) {
5121                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5122                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5123                                     pc_list);
5124                         }
5125                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5126                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
5127                         return (pv);
5128                 }
5129         }
5130         /* No free items, allocate another chunk */
5131         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5132             VM_ALLOC_WIRED);
5133         if (m == NULL) {
5134                 if (lockp == NULL) {
5135                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
5136                         return (NULL);
5137                 }
5138                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5139                 if (m == NULL)
5140                         goto retry;
5141         }
5142         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5143         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5144         dump_add_page(m->phys_addr);
5145         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5146         pc->pc_pmap = pmap;
5147         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5148         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5149         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5150         pvc = &pv_chunks[vm_phys_domain(m->phys_addr)];
5151         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5152         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5153         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5154         pv = &pc->pc_pventry[0];
5155         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5156         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5157         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5158         return (pv);
5159 }
5160
5161 /*
5162  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5163  *
5164  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5165  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5166  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5167  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5168  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5169  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5170  * as well.
5171  *
5172  * Reference numbers for erratas are
5173  * 4th Gen Core: HSD146
5174  * 5th Gen Core: BDM85
5175  * 6th Gen Core: SKL029
5176  */
5177 static int
5178 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5179 {
5180         u_long result, tmp;
5181
5182         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5183             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5184             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5185             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5186             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5187         return (result);
5188 }
5189
5190 /*
5191  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5192  * exceeds the given count, "needed".
5193  *
5194  * The given PV list lock may be released.
5195  */
5196 static void
5197 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5198 {
5199         struct pv_chunks_list *pvc;
5200         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5201         struct pv_chunk *pc;
5202         vm_page_t m;
5203         int avail, free, i;
5204         bool reclaimed;
5205
5206         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5207         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5208
5209         /*
5210          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5211          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5212          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5213          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5214          */
5215         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5216                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5217 retry:
5218         avail = 0;
5219         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5220 #ifndef __POPCNT__
5221                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5222                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5223                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5224                 else
5225 #endif
5226                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5227                 if (free == 0)
5228                         break;
5229                 avail += free;
5230                 if (avail >= needed)
5231                         break;
5232         }
5233         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5234                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5235                     VM_ALLOC_WIRED);
5236                 if (m == NULL) {
5237                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5238                         if (m == NULL)
5239                                 goto retry;
5240                         reclaimed = true;
5241                 }
5242                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5243                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5244                 dump_add_page(m->phys_addr);
5245                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5246                 pc->pc_pmap = pmap;
5247                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5248                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5249                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5250                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5251                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
5252                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5253
5254                 /*
5255                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5256                  * If that chunk contained available entries, we need to
5257                  * re-count the number of available entries.
5258                  */
5259                 if (reclaimed)
5260                         goto retry;
5261         }
5262         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5263                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5264                         continue;
5265                 pvc = &pv_chunks[i];
5266                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5267                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5268                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5269         }
5270 }
5271
5272 /*
5273  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5274  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5275  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5276  * 2MB page mappings.
5277  */
5278 static __inline pv_entry_t
5279 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5280 {
5281         pv_entry_t pv;
5282
5283         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5284                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5285                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5286                         pvh->pv_gen++;
5287                         break;
5288                 }
5289         }
5290         return (pv);
5291 }
5292
5293 /*
5294  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5295  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5296  * entries for each of the 4KB page mappings.
5297  */
5298 static void
5299 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5300     struct rwlock **lockp)
5301 {
5302         struct md_page *pvh;
5303         struct pv_chunk *pc;
5304         pv_entry_t pv;
5305         vm_offset_t va_last;
5306         vm_page_t m;
5307         int bit, field;
5308
5309         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5310         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5311             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5312         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5313
5314         /*
5315          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5316          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5317          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5318          */
5319         pvh = pa_to_pvh(pa);
5320         va = trunc_2mpage(va);
5321         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5322         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5323         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5324         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5325         m->md.pv_gen++;
5326         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5327         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5328         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5329         for (;;) {
5330                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5331                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5332                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5333                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5334                         while (pc->pc_map[field]) {
5335                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5336                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5337                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5338                                 va += PAGE_SIZE;
5339                                 pv->pv_va = va;
5340                                 m++;
5341                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5342                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5343                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5344                                 m->md.pv_gen++;
5345                                 if (va == va_last)
5346                                         goto out;
5347                         }
5348                 }
5349                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5350                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5351         }
5352 out:
5353         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5354                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5355                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5356         }
5357         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5358         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
5359 }
5360
5361 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5362 /*
5363  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5364  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5365  * for the 2MB page mapping.
5366  */
5367 static void
5368 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5369     struct rwlock **lockp)
5370 {
5371         struct md_page *pvh;
5372         pv_entry_t pv;
5373         vm_offset_t va_last;
5374         vm_page_t m;
5375
5376         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5377             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5378         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5379
5380         /*
5381          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5382          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5383          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5384          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5385          * mappings that is being promoted.
5386          */
5387         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5388         va = trunc_2mpage(va);
5389         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5390         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5391         pvh = pa_to_pvh(pa);
5392         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5393         pvh->pv_gen++;
5394         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5395         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5396         do {
5397                 m++;
5398                 va += PAGE_SIZE;
5399                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5400         } while (va < va_last);
5401 }
5402 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5403
5404 /*
5405  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5406  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5407  * page mappings.
5408  */
5409 static void
5410 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5411 {
5412         pv_entry_t pv;
5413
5414         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5415         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5416         free_pv_entry(pmap, pv);
5417 }
5418
5419 /*
5420  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5421  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5422  */
5423 static boolean_t
5424 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5425     struct rwlock **lockp)
5426 {
5427         pv_entry_t pv;
5428
5429         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5430         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5431         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5432                 pv->pv_va = va;
5433                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5434                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5435                 m->md.pv_gen++;
5436                 return (TRUE);
5437         } else
5438                 return (FALSE);
5439 }
5440
5441 /*
5442  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5443  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5444  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5445  */
5446 static bool
5447 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5448     struct rwlock **lockp)
5449 {
5450         struct md_page *pvh;
5451         pv_entry_t pv;
5452         vm_paddr_t pa;
5453
5454         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5455         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5456         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5457             NULL : lockp)) == NULL)
5458                 return (false);
5459         pv->pv_va = va;
5460         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5461         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5462         pvh = pa_to_pvh(pa);
5463         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5464         pvh->pv_gen++;
5465         return (true);
5466 }
5467
5468 /*
5469  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5470  */
5471 static void
5472 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5473 {
5474         pt_entry_t *pte;
5475
5476         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5477                 *pte = newpte;
5478                 newpte += PAGE_SIZE;
5479         }
5480 }
5481
5482 /*
5483  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5484  * mapping is invalidated.
5485  */
5486 static boolean_t
5487 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5488 {
5489         struct rwlock *lock;
5490         boolean_t rv;
5491
5492         lock = NULL;
5493         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5494         if (lock != NULL)
5495                 rw_wunlock(lock);
5496         return (rv);
5497 }
5498
5499 static void
5500 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5501 {
5502 #ifdef INVARIANTS
5503 #ifdef DIAGNOSTIC
5504         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5505
5506         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5507             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5508                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5509                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5510                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5511                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5512                         printf("page table dump\n");
5513                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5514                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5515                         panic("firstpte");
5516                 }
5517         }
5518 #else
5519         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5520             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5521             " addresses"));
5522 #endif
5523 #endif
5524 }
5525
5526 static void
5527 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5528     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5529 {
5530         struct spglist free;
5531         vm_offset_t sva;
5532
5533         SLIST_INIT(&free);
5534         sva = trunc_2mpage(va);
5535         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5536         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5537                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5538         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5539         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5540             va, pmap);
5541 }
5542
5543 static boolean_t
5544 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5545     struct rwlock **lockp)
5546 {
5547         pd_entry_t newpde, oldpde;
5548         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5549         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5550         vm_paddr_t mptepa;
5551         vm_page_t mpte;
5552         int PG_PTE_CACHE;
5553         bool in_kernel;
5554
5555         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5556         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5557         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5558         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5559         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5560         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5561         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5562
5563         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5564         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5565         oldpde = *pde;
5566         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5567             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5568
5569         /*
5570          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5571          * mapping was never accessed.
5572          */
5573         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5574                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5575                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5576                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5577                 return (FALSE);
5578         }
5579
5580         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5581         if (mpte == NULL) {
5582                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5583                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5584                     " is missing"));
5585
5586                 /*
5587                  * If the page table page is missing and the mapping
5588                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5589                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5590                  * for every other part of the kernel address space,
5591                  * so the direct map region is the only part of the
5592                  * kernel address space that must be handled here.
5593                  */
5594                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5595                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5596                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5597
5598                 /*
5599                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5600                  * region of the kernel's address space, then the page
5601                  * allocation request specifies the highest possible
5602                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5603                  * priority is normal.
5604                  */
5605                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5606                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5607                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5608
5609                 /*
5610                  * If the allocation of the new page table page fails,
5611                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5612                  */
5613                 if (mpte == NULL) {
5614                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5615                         return (FALSE);
5616                 }
5617
5618                 if (!in_kernel) {
5619                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5620                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5621                 }
5622         }
5623         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5624         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5625         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5626         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5627             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5628         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5629         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5630
5631         /*
5632          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5633          * initialize it.
5634          */
5635         if (mpte->valid == 0)
5636                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5637
5638         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5639
5640         /*
5641          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5642          * entries.
5643          */
5644         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5645                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5646
5647         /*
5648          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5649          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5650          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5651          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5652          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5653          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5654          */
5655         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5656                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5657
5658         /*
5659          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5660          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5661          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5662          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5663          * the read above and the store below. 
5664          */
5665         if (workaround_erratum383)
5666                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5667         else
5668                 pde_store(pde, newpde);
5669
5670         /*
5671          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5672          */
5673         if (in_kernel)
5674                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5675
5676         /*
5677          * Demote the PV entry.
5678          */
5679         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5680                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5681
5682         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5683         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5684             va, pmap);
5685         return (TRUE);
5686 }
5687
5688 /*
5689  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5690  */
5691 static void
5692 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5693 {
5694         pd_entry_t newpde;
5695         vm_paddr_t mptepa;
5696         vm_page_t mpte;
5697
5698         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5700         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5701         if (mpte == NULL)
5702                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5703
5704         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5705         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5706
5707         /*
5708          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5709          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5710          */
5711         if (mpte->valid != 0)
5712                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5713
5714         /*
5715          * Demote the mapping.
5716          */
5717         if (workaround_erratum383)
5718                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5719         else
5720                 pde_store(pde, newpde);
5721
5722         /*
5723          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5724          */
5725         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5726 }
5727
5728 /*
5729  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5730  */
5731 static int
5732 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5733     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5734 {
5735         struct md_page *pvh;
5736         pd_entry_t oldpde;
5737         vm_offset_t eva, va;
5738         vm_page_t m, mpte;
5739         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5740
5741         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5742         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5743         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5744         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5745
5746         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5747         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5748             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5749         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5750         if (oldpde & PG_W)
5751                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5752         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5753                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5754         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5755         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5756                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5757                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5758                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5759                 eva = sva + NBPDR;
5760                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5761                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5762                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5763                                 vm_page_dirty(m);
5764                         if (oldpde & PG_A)
5765                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5766                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5767                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5768                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5769                         pmap_delayed_invl_page(m);
5770                 }
5771         }
5772         if (pmap == kernel_pmap) {
5773                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5774         } else {
5775                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5776                 if (mpte != NULL) {
5777                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5778                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5779                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5780                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5781                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5782                         mpte->ref_count = 0;
5783                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5784                 }
5785         }
5786         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5787 }
5788
5789 /*
5790  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5791  */
5792 static int
5793 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5794     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5795 {
5796         struct md_page *pvh;
5797         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5798         vm_page_t m;
5799
5800         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5801         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5802         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5803
5804         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5805         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5806         if (oldpte & PG_W)
5807                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5808         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5809         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5810                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5811                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5812                         vm_page_dirty(m);
5813                 if (oldpte & PG_A)
5814                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5815                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5816                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5817                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5818                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5819                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5820                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5821                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5822                 }
5823                 pmap_delayed_invl_page(m);
5824         }
5825         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5826 }
5827
5828 /*
5829  * Remove a single page from a process address space
5830  */
5831 static void
5832 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5833     struct spglist *free)
5834 {
5835         struct rwlock *lock;
5836         pt_entry_t *pte, PG_V;
5837
5838         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5839         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5840         if ((*pde & PG_V) == 0)
5841                 return;
5842         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5843         if ((*pte & PG_V) == 0)
5844                 return;
5845         lock = NULL;
5846         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5847         if (lock != NULL)
5848                 rw_wunlock(lock);
5849         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5850 }
5851
5852 /*
5853  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5854  */
5855 static bool
5856 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5857     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5858 {
5859         pt_entry_t PG_G, *pte;
5860         vm_offset_t va;
5861         bool anyvalid;
5862
5863         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5864         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5865         anyvalid = false;
5866         va = eva;
5867         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5868             sva += PAGE_SIZE) {
5869                 if (*pte == 0) {
5870                         if (va != eva) {
5871                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5872                                 va = eva;
5873                         }
5874                         continue;
5875                 }
5876                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5877                         anyvalid = true;
5878                 else if (va == eva)
5879                         va = sva;
5880                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5881                         sva += PAGE_SIZE;
5882                         break;
5883                 }
5884         }
5885         if (va != eva)
5886                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5887         return (anyvalid);
5888 }
5889
5890 /*
5891  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5892  *
5893  *      It is assumed that the start and end are properly
5894  *      rounded to the page size.
5895  */
5896 void
5897 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5898 {
5899         struct rwlock *lock;
5900         vm_page_t mt;
5901         vm_offset_t va_next;
5902         pml5_entry_t *pml5e;
5903         pml4_entry_t *pml4e;
5904         pdp_entry_t *pdpe;
5905         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5906         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5907         struct spglist free;
5908         int anyvalid;
5909
5910         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5911         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5912
5913         /*
5914          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5915          */
5916         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5917                 return;
5918
5919         anyvalid = 0;
5920         SLIST_INIT(&free);
5921
5922         pmap_delayed_invl_start();
5923         PMAP_LOCK(pmap);
5924         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5925
5926         /*
5927          * special handling of removing one page.  a very
5928          * common operation and easy to short circuit some
5929          * code.
5930          */
5931         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5932                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5933                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5934                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5935                         goto out;
5936                 }
5937         }
5938
5939         lock = NULL;
5940         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5941                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5942                         break;
5943
5944                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
5945                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
5946                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
5947                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
5948                                 if (va_next < sva)
5949                                         va_next = eva;
5950                                 continue;
5951                         }
5952                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
5953                 } else {
5954                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5955                 }
5956                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5957                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5958                         if (va_next < sva)
5959                                 va_next = eva;
5960                         continue;
5961                 }
5962
5963                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5964                 if (va_next < sva)
5965                         va_next = eva;
5966                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5967                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5968                         continue;
5969                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5970                         KASSERT(va_next <= eva,
5971                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
5972                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
5973                             *pdpe, sva, eva, va_next));
5974                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
5975                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
5976                         anyvalid = 1;
5977                         *pdpe = 0;
5978                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
5979                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, sva) & PG_FRAME);
5980                         pmap_unwire_ptp(pmap, sva, mt, &free);
5981                         continue;
5982                 }
5983
5984                 /*
5985                  * Calculate index for next page table.
5986                  */
5987                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5988                 if (va_next < sva)
5989                         va_next = eva;
5990
5991                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5992                 ptpaddr = *pde;
5993
5994                 /*
5995                  * Weed out invalid mappings.
5996                  */
5997                 if (ptpaddr == 0)
5998                         continue;
5999
6000                 /*
6001                  * Check for large page.
6002                  */
6003                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6004                         /*
6005                          * Are we removing the entire large page?  If not,
6006                          * demote the mapping and fall through.
6007                          */
6008                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6009                                 /*
6010                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6011                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
6012                                  */
6013                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
6014                                         anyvalid = 1;
6015                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
6016                                 continue;
6017                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
6018                             &lock)) {
6019                                 /* The large page mapping was destroyed. */
6020                                 continue;
6021                         } else
6022                                 ptpaddr = *pde;
6023                 }
6024
6025                 /*
6026                  * Limit our scan to either the end of the va represented
6027                  * by the current page table page, or to the end of the
6028                  * range being removed.
6029                  */
6030                 if (va_next > eva)
6031                         va_next = eva;
6032
6033                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
6034                         anyvalid = 1;
6035         }
6036         if (lock != NULL)
6037                 rw_wunlock(lock);
6038 out:
6039         if (anyvalid)
6040                 pmap_invalidate_all(pmap);
6041         PMAP_UNLOCK(pmap);
6042         pmap_delayed_invl_finish();
6043         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6044 }
6045
6046 /*
6047  *      Routine:        pmap_remove_all
6048  *      Function:
6049  *              Removes this physical page from
6050  *              all physical maps in which it resides.
6051  *              Reflects back modify bits to the pager.
6052  *
6053  *      Notes:
6054  *              Original versions of this routine were very
6055  *              inefficient because they iteratively called
6056  *              pmap_remove (slow...)
6057  */
6058
6059 void
6060 pmap_remove_all(vm_page_t m)
6061 {
6062         struct md_page *pvh;
6063         pv_entry_t pv;
6064         pmap_t pmap;
6065         struct rwlock *lock;
6066         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
6067         pd_entry_t *pde;
6068         vm_offset_t va;
6069         struct spglist free;
6070         int pvh_gen, md_gen;
6071
6072         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
6073             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
6074         SLIST_INIT(&free);
6075         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
6076         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
6077             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6078 retry:
6079         rw_wlock(lock);
6080         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6081                 pmap = PV_PMAP(pv);
6082                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6083                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6084                         rw_wunlock(lock);
6085                         PMAP_LOCK(pmap);
6086                         rw_wlock(lock);
6087                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6088                                 rw_wunlock(lock);
6089                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6090                                 goto retry;
6091                         }
6092                 }
6093                 va = pv->pv_va;
6094                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6095                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6096                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6097         }
6098         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6099                 pmap = PV_PMAP(pv);
6100                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6101                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6102                         md_gen = m->md.pv_gen;
6103                         rw_wunlock(lock);
6104                         PMAP_LOCK(pmap);
6105                         rw_wlock(lock);
6106                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6107                                 rw_wunlock(lock);
6108                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6109                                 goto retry;
6110                         }
6111                 }
6112                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6113                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6114                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6115                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6116                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6117                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6118                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6119                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6120                 tpte = pte_load_clear(pte);
6121                 if (tpte & PG_W)
6122                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6123                 if (tpte & PG_A)
6124                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6125
6126                 /*
6127                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6128                  */
6129                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6130                         vm_page_dirty(m);
6131                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6132                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6133                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6134                 m->md.pv_gen++;
6135                 free_pv_entry(pmap, pv);
6136                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6137         }
6138         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6139         rw_wunlock(lock);
6140         pmap_delayed_invl_wait(m);
6141         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6142 }
6143
6144 /*
6145  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6146  */
6147 static boolean_t
6148 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6149 {
6150         pd_entry_t newpde, oldpde;
6151         vm_page_t m, mt;
6152         boolean_t anychanged;
6153         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6154
6155         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6156         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6157         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6158
6159         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6160         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6161             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6162         anychanged = FALSE;
6163 retry:
6164         oldpde = newpde = *pde;
6165         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6166                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6167                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6168                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6169                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6170                                 vm_page_dirty(mt);
6171                 }
6172                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6173         }
6174         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6175                 newpde |= pg_nx;
6176         if (newpde != oldpde) {
6177                 /*
6178                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6179                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6180                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6181                  */
6182                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6183                         goto retry;
6184                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6185                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6186                 else
6187                         anychanged = TRUE;
6188         }
6189         return (anychanged);
6190 }
6191
6192 /*
6193  *      Set the physical protection on the
6194  *      specified range of this map as requested.
6195  */
6196 void
6197 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6198 {
6199         vm_page_t m;
6200         vm_offset_t va_next;
6201         pml4_entry_t *pml4e;
6202         pdp_entry_t *pdpe;
6203         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6204         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6205         pt_entry_t obits, pbits;
6206         boolean_t anychanged;
6207
6208         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6209         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6210                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6211                 return;
6212         }
6213
6214         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6215             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6216                 return;
6217
6218         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6219         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6220         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6221         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6222         anychanged = FALSE;
6223
6224         /*
6225          * Although this function delays and batches the invalidation
6226          * of stale TLB entries, it does not need to call
6227          * pmap_delayed_invl_start() and
6228          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6229          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6230          * protection-only changes need only be invalidated before the
6231          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6232          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6233          * a physical page's PV list of mappings, like
6234          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6235          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6236          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6237          * updates.
6238          *
6239          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6240          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6241          * invalidated.
6242          */
6243
6244         PMAP_LOCK(pmap);
6245         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6246                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6247                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6248                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6249                         if (va_next < sva)
6250                                 va_next = eva;
6251                         continue;
6252                 }
6253
6254                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6255                 if (va_next < sva)
6256                         va_next = eva;
6257                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6258                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
6259                         continue;
6260                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
6261                         KASSERT(va_next <= eva,
6262                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
6263                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
6264                             *pdpe, sva, eva, va_next));
6265 retry_pdpe:
6266                         obits = pbits = *pdpe;
6267                         MPASS((pbits & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
6268                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
6269                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
6270                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6271                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6272                                 pbits |= pg_nx;
6273
6274                         if (pbits != obits) {
6275                                 if (!atomic_cmpset_long(pdpe, obits, pbits))
6276                                         /* PG_PS cannot be cleared under us, */
6277                                         goto retry_pdpe;
6278                                 anychanged = TRUE;
6279                         }
6280                         continue;
6281                 }
6282
6283                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6284                 if (va_next < sva)
6285                         va_next = eva;
6286
6287                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6288                 ptpaddr = *pde;
6289
6290                 /*
6291                  * Weed out invalid mappings.
6292                  */
6293                 if (ptpaddr == 0)
6294                         continue;
6295
6296                 /*
6297                  * Check for large page.
6298                  */
6299                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6300                         /*
6301                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6302                          * demote the mapping and fall through.
6303                          */
6304                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6305                                 /*
6306                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6307                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6308                                  */
6309                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6310                                         anychanged = TRUE;
6311                                 continue;
6312                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6313                                 /*
6314                                  * The large page mapping was destroyed.
6315                                  */
6316                                 continue;
6317                         }
6318                 }
6319
6320                 if (va_next > eva)
6321                         va_next = eva;
6322
6323                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6324                     sva += PAGE_SIZE) {
6325 retry:
6326                         obits = pbits = *pte;
6327                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6328                                 continue;
6329
6330                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6331                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6332                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6333                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6334                                         vm_page_dirty(m);
6335                                 }
6336                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6337                         }
6338                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6339                                 pbits |= pg_nx;
6340
6341                         if (pbits != obits) {
6342                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6343                                         goto retry;
6344                                 if (obits & PG_G)
6345                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6346                                 else
6347                                         anychanged = TRUE;
6348                         }
6349                 }
6350         }
6351         if (anychanged)
6352                 pmap_invalidate_all(pmap);
6353         PMAP_UNLOCK(pmap);
6354 }
6355
6356 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6357 static bool
6358 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6359 {
6360
6361         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6362                 return (false);
6363         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6364 }
6365
6366 /*
6367  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6368  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6369  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6370  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6371  * identical characteristics. 
6372  */
6373 static void
6374 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6375     struct rwlock **lockp)
6376 {
6377         pd_entry_t newpde;
6378         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6379         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6380         vm_page_t mpte;
6381         int PG_PTE_CACHE;
6382
6383         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6384         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6385         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6386         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6387         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6388         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6389         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6390
6391         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6392
6393         /*
6394          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6395          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6396          * within a 2MB page. 
6397          */
6398         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6399 setpde:
6400         newpde = *firstpte;
6401         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6402             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6403             newpde))) {
6404                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6405                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6406                     " in pmap %p", va, pmap);
6407                 return;
6408         }
6409         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6410                 /*
6411                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6412                  * a TLB invalidation.
6413                  */
6414                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
6415                         goto setpde;
6416                 newpde &= ~PG_RW;
6417         }
6418
6419         /*
6420          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6421          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6422          * characteristics to the first PTE.
6423          */
6424         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6425         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6426 setpte:
6427                 oldpte = *pte;
6428                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6429                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6430                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6431                             " in pmap %p", va, pmap);
6432                         return;
6433                 }
6434                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6435                         /*
6436                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6437                          * without a TLB invalidation.
6438                          */
6439                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6440                                 goto setpte;
6441                         oldpte &= ~PG_RW;
6442                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6443                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6444                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6445                 }
6446                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6447                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6448                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6449                             " in pmap %p", va, pmap);
6450                         return;
6451                 }
6452                 pa -= PAGE_SIZE;
6453         }
6454
6455         /*
6456          * Save the page table page in its current state until the PDE
6457          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6458          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6459          */
6460         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6461         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6462             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6463             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6464         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6465             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
6466         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6467                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6468                 CTR2(KTR_PMAP,
6469                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6470                     pmap);
6471                 return;
6472         }
6473
6474         /*
6475          * Promote the pv entries.
6476          */
6477         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6478                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6479
6480         /*
6481          * Propagate the PAT index to its proper position.
6482          */
6483         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6484
6485         /*
6486          * Map the superpage.
6487          */
6488         if (workaround_erratum383)
6489                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6490         else
6491                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6492
6493         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
6494         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6495             " in pmap %p", va, pmap);
6496 }
6497 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6498
6499 static int
6500 pmap_enter_largepage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pt_entry_t newpte, int flags,
6501     int psind)
6502 {
6503         vm_page_t mp;
6504         pt_entry_t origpte, *pml4e, *pdpe, *pde, pten, PG_V;
6505
6506         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6507         KASSERT(psind > 0 && psind < MAXPAGESIZES && pagesizes[psind] != 0,
6508             ("psind %d unexpected", psind));
6509         KASSERT(((newpte & PG_FRAME) & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6510             ("unaligned phys address %#lx newpte %#lx psind %d",
6511             newpte & PG_FRAME, newpte, psind));
6512         KASSERT((va & (pagesizes[psind] - 1)) == 0,
6513             ("unaligned va %#lx psind %d", va, psind));
6514         KASSERT(va < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6515             ("kernel mode non-transparent superpage")); /* XXXKIB */
6516         KASSERT(va + pagesizes[psind] < VM_MAXUSER_ADDRESS,
6517             ("overflowing user map va %#lx psind %d", va, psind)); /* XXXKIB */
6518
6519         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6520
6521 restart:
6522         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + pagesizes[psind]))
6523                 return (KERN_PROTECTION_FAILURE);
6524         pten = newpte;
6525         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6526                 pten |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6527
6528         if (psind == 2) {       /* 1G */
6529                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
6530                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
6531                         mp = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va),
6532                             NULL, va);
6533                         if (mp == NULL)
6534                                 goto allocf;
6535                         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6536                         pdpe = &pdpe[pmap_pdpe_index(va)];
6537                         origpte = *pdpe;
6538                         MPASS(origpte == 0);
6539                 } else {
6540                         pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
6541                         KASSERT(pdpe != NULL, ("va %#lx lost pdpe", va));
6542                         origpte = *pdpe;
6543                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6544                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
6545                                 mp->ref_count++;
6546                         }
6547                 }
6548                 *pdpe = pten;
6549         } else /* (psind == 1) */ {     /* 2M */
6550                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6551                 if (pde == NULL) {
6552                         mp = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
6553                             NULL, va);
6554                         if (mp == NULL)
6555                                 goto allocf;
6556                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mp));
6557                         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
6558                         origpte = *pde;
6559                         MPASS(origpte == 0);
6560                 } else {
6561                         origpte = *pde;
6562                         if ((origpte & PG_V) == 0) {
6563                                 pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
6564                                 MPASS(pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0);
6565                                 mp = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
6566                                 mp->ref_count++;
6567                         }
6568                 }
6569                 *pde = pten;
6570         }
6571         KASSERT((origpte & PG_V) == 0 || ((origpte & PG_PS) != 0 &&
6572             (origpte & PG_PS_FRAME) == (pten & PG_PS_FRAME)),
6573             ("va %#lx changing %s phys page origpte %#lx pten %#lx",
6574             va, psind == 2 ? "1G" : "2M", origpte, pten));
6575         if ((pten & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6576                 pmap->pm_stats.wired_count += pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6577         else if ((pten & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6578                 pmap->pm_stats.wired_count -= pagesizes[psind] / PAGE_SIZE;
6579         if ((origpte & PG_V) == 0)
6580                 pmap_resident_count_inc(pmap, pagesizes[psind] / PAGE_SIZE);
6581
6582         return (KERN_SUCCESS);
6583
6584 allocf:
6585         if ((flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0)
6586                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6587         PMAP_UNLOCK(pmap);
6588         vm_wait(NULL);
6589         PMAP_LOCK(pmap);
6590         goto restart;
6591 }
6592
6593 /*
6594  *      Insert the given physical page (p) at
6595  *      the specified virtual address (v) in the
6596  *      target physical map with the protection requested.
6597  *
6598  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6599  *      that the related pte can not be reclaimed.
6600  *
6601  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6602  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6603  *      insert this page into the given map NOW.
6604  *
6605  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6606  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6607  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6608  */
6609 int
6610 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6611     u_int flags, int8_t psind)
6612 {
6613         struct rwlock *lock;
6614         pd_entry_t *pde;
6615         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6616         pt_entry_t newpte, origpte;
6617         pv_entry_t pv;
6618         vm_paddr_t opa, pa;
6619         vm_page_t mpte, om;
6620         int rv;
6621         boolean_t nosleep;
6622
6623         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6624         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6625         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6626         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6627         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6628
6629         va = trunc_page(va);
6630         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6631         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6632             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6633             va));
6634         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6635             va >= kmi.clean_eva,
6636             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6637         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6638                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6639         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6640             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6641         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6642         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6643         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6644                 newpte |= PG_M;
6645         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6646                 newpte |= PG_RW;
6647         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6648             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6649         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6650                 newpte |= pg_nx;
6651         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6652                 newpte |= PG_W;
6653         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6654                 newpte |= PG_U;
6655         if (pmap == kernel_pmap)
6656                 newpte |= PG_G;
6657         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6658
6659         /*
6660          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6661          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6662          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6663          */
6664         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6665                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6666                         newpte |= PG_M;
6667         } else
6668                 newpte |= PG_MANAGED;
6669
6670         lock = NULL;
6671         PMAP_LOCK(pmap);
6672         if ((flags & PMAP_ENTER_LARGEPAGE) != 0) {
6673                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6674                     ("managed largepage va %#lx flags %#x", va, flags));
6675                 rv = pmap_enter_largepage(pmap, va, newpte | PG_PS, flags,
6676                     psind);
6677                 goto out;
6678         }
6679         if (psind == 1) {
6680                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6681                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6682                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6683                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6684                 goto out;
6685         }
6686         mpte = NULL;
6687
6688         /*
6689          * In the case that a page table page is not
6690          * resident, we are creating it here.
6691          */
6692 retry:
6693         pde = pmap_pde(pmap, va);
6694         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6695             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6696                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6697                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6698                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6699                         mpte->ref_count++;
6700                 }
6701         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6702                 /*
6703                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6704                  * deallocated.
6705                  */
6706                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6707                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6708                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6709                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6710                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6711                         goto out;
6712                 }
6713                 goto retry;
6714         } else
6715                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6716
6717         origpte = *pte;
6718         pv = NULL;
6719         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6720                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6721
6722         /*
6723          * Is the specified virtual address already mapped?
6724          */
6725         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6726                 /*
6727                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6728                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6729                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6730                  * the PT page will be also.
6731                  */
6732                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6733                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6734                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6735                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6736
6737                 /*
6738                  * Remove the extra PT page reference.
6739                  */
6740                 if (mpte != NULL) {
6741                         mpte->ref_count--;
6742                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6743                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6744                              " va: 0x%lx", va));
6745                 }
6746
6747                 /*
6748                  * Has the physical page changed?
6749                  */
6750                 opa = origpte & PG_FRAME;
6751                 if (opa == pa) {
6752                         /*
6753                          * No, might be a protection or wiring change.
6754                          */
6755                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6756                             (newpte & PG_RW) != 0)
6757                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6758                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6759                                 goto unchanged;
6760                         goto validate;
6761                 }
6762
6763                 /*
6764                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6765                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6766                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6767                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6768                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6769                  * avoiding an allocation.
6770                  *
6771                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6772                  */
6773                 origpte = pte_load_clear(pte);
6774                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6775                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6776                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6777                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6778
6779                         /*
6780                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6781                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6782                          * pmap_ts_referenced().
6783                          */
6784                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6785                                 vm_page_dirty(om);
6786                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6787                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6788                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6789                         }
6790                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6791                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6792                         KASSERT(pv != NULL,
6793                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6794                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6795                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6796                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6797                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6798                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6799                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6800                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6801                 } else {
6802                         /*
6803                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6804                          * is set.
6805                          */
6806                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6807                 }
6808                 origpte = 0;
6809         } else {
6810                 /*
6811                  * Increment the counters.
6812                  */
6813                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6814                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6815                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6816         }
6817
6818         /*
6819          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6820          */
6821         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6822                 if (pv == NULL) {
6823                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6824                         pv->pv_va = va;
6825                 }
6826                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6827                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6828                 m->md.pv_gen++;
6829                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6830                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6831         }
6832
6833         /*
6834          * Update the PTE.
6835          */
6836         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6837 validate:
6838                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6839                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6840                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6841                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6842                     (PG_M | PG_RW)) {
6843                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6844                                 vm_page_dirty(m);
6845
6846                         /*
6847                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6848                          * invalidation may nonetheless be required because
6849                          * the PTE no longer has PG_M set.
6850                          */
6851                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6852                         /*
6853                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6854                          */
6855                         goto unchanged;
6856                 }
6857                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6858                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6859         } else
6860                 pte_store(pte, newpte);
6861
6862 unchanged:
6863
6864 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6865         /*
6866          * If both the page table page and the reservation are fully
6867          * populated, then attempt promotion.
6868          */
6869         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6870             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6871             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6872             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6873                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6874 #endif
6875
6876         rv = KERN_SUCCESS;
6877 out:
6878         if (lock != NULL)
6879                 rw_wunlock(lock);
6880         PMAP_UNLOCK(pmap);
6881         return (rv);
6882 }
6883
6884 /*
6885  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6886  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6887  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6888  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6889  * PV entry.
6890  */
6891 static bool
6892 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6893     struct rwlock **lockp)
6894 {
6895         pd_entry_t newpde;
6896         pt_entry_t PG_V;
6897
6898         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6899         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6900         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6901             PG_PS | PG_V;
6902         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6903                 newpde |= PG_MANAGED;
6904         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6905                 newpde |= pg_nx;
6906         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6907                 newpde |= PG_U;
6908         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6909             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6910             KERN_SUCCESS);
6911 }
6912
6913 /*
6914  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6915  * zero.
6916  */
6917 static bool
6918 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6919 {
6920         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6921
6922         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6923         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6924         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6925                 if (*pte != 0)
6926                         return (false);
6927         }
6928         return (true);
6929 }
6930
6931 /*
6932  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6933  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6934  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6935  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6936  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6937  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6938  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6939  *
6940  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6941  */
6942 static int
6943 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6944     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6945 {
6946         struct spglist free;
6947         pd_entry_t oldpde, *pde;
6948         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6949         vm_page_t mt, pdpg;
6950
6951         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6952             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6953         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6954         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6955         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6956             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6957         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6958         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6959
6960         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6961             newpde))) {
6962                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6963                     " in pmap %p", va, pmap);
6964                 return (KERN_FAILURE);
6965         }
6966         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6967             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6968                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6969                     " in pmap %p", va, pmap);
6970                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6971         }
6972
6973         /*
6974          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6975          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6976          * it could sleep.
6977          */
6978         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6979                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6980                 return (KERN_FAILURE);
6981         }
6982         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6983                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6984                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6985         }
6986
6987         /*
6988          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6989          */
6990         oldpde = *pde;
6991         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6992                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6993                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6994                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6995                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6996                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6997                         if (pdpg != NULL)
6998                                 pdpg->ref_count--;
6999                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7000                             " in pmap %p", va, pmap);
7001                         return (KERN_FAILURE);
7002                 }
7003                 /* Break the existing mapping(s). */
7004                 SLIST_INIT(&free);
7005                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7006                         /*
7007                          * The reference to the PD page that was acquired by
7008                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
7009                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
7010                          * a reserved PT page could be freed.
7011                          */
7012                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
7013                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
7014                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
7015                 } else {
7016                         pmap_delayed_invl_start();
7017                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
7018                             lockp))
7019                                pmap_invalidate_all(pmap);
7020                         pmap_delayed_invl_finish();
7021                 }
7022                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7023                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7024                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
7025                             pde));
7026                 } else {
7027                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
7028                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
7029
7030                         /*
7031                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
7032                          * leave the kernel page table page zero filled.
7033                          */
7034                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
7035                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
7036                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
7037                 }
7038         }
7039
7040         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
7041                 /*
7042                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
7043                  */
7044                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
7045                         if (pdpg != NULL)
7046                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
7047                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
7048                             " in pmap %p", va, pmap);
7049                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
7050                 }
7051                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
7052                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7053                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
7054                 }
7055         }
7056
7057         /*
7058          * Increment counters.
7059          */
7060         if ((newpde & PG_W) != 0)
7061                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
7062         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7063
7064         /*
7065          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
7066          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
7067          */
7068         pde_store(pde, newpde);
7069
7070         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7071         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
7072             va, pmap);
7073         return (KERN_SUCCESS);
7074 }
7075
7076 /*
7077  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
7078  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
7079  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
7080  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
7081  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
7082  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
7083  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
7084  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
7085  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
7086  * corresponding offset from m_start are mapped.
7087  */
7088 void
7089 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
7090     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
7091 {
7092         struct rwlock *lock;
7093         vm_offset_t va;
7094         vm_page_t m, mpte;
7095         vm_pindex_t diff, psize;
7096
7097         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
7098
7099         psize = atop(end - start);
7100         mpte = NULL;
7101         m = m_start;
7102         lock = NULL;
7103         PMAP_LOCK(pmap);
7104         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
7105                 va = start + ptoa(diff);
7106                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
7107                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
7108                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
7109                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
7110                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
7111                 else
7112                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
7113                             mpte, &lock);
7114                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
7115         }
7116         if (lock != NULL)
7117                 rw_wunlock(lock);
7118         PMAP_UNLOCK(pmap);
7119 }
7120
7121 /*
7122  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
7123  * 1. Current pmap & pmap exists.
7124  * 2. Not wired.
7125  * 3. Read access.
7126  * 4. No page table pages.
7127  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
7128  */
7129
7130 void
7131 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
7132 {
7133         struct rwlock *lock;
7134
7135         lock = NULL;
7136         PMAP_LOCK(pmap);
7137         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
7138         if (lock != NULL)
7139                 rw_wunlock(lock);
7140         PMAP_UNLOCK(pmap);
7141 }
7142
7143 static vm_page_t
7144 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
7145     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
7146 {
7147         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
7148
7149         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
7150             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
7151             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
7152         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7153         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
7154
7155         /*
7156          * In the case that a page table page is not
7157          * resident, we are creating it here.
7158          */
7159         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
7160                 vm_pindex_t ptepindex;
7161                 pd_entry_t *ptepa;
7162
7163                 /*
7164                  * Calculate pagetable page index
7165                  */
7166                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
7167                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
7168                         mpte->ref_count++;
7169                 } else {
7170                         /*
7171                          * Get the page directory entry
7172                          */
7173                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
7174
7175                         /*
7176                          * If the page table page is mapped, we just increment
7177                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
7178                          * attempt to allocate a page table page.  If this
7179                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
7180                          */
7181                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
7182                                 if (*ptepa & PG_PS)
7183                                         return (NULL);
7184                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
7185                                 mpte->ref_count++;
7186                         } else {
7187                                 /*
7188                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
7189                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
7190                                  */
7191                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL,
7192                                     va);
7193                                 if (mpte == NULL)
7194                                         return (mpte);
7195                         }
7196                 }
7197                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
7198                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7199         } else {
7200                 mpte = NULL;
7201                 pte = vtopte(va);
7202         }
7203         if (*pte) {
7204                 if (mpte != NULL)
7205                         mpte->ref_count--;
7206                 return (NULL);
7207         }
7208
7209         /*
7210          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7211          */
7212         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7213             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7214                 if (mpte != NULL)
7215                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7216                 return (NULL);
7217         }
7218
7219         /*
7220          * Increment counters
7221          */
7222         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
7223
7224         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7225             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7226         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7227                 newpte |= PG_MANAGED;
7228         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7229                 newpte |= pg_nx;
7230         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7231                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7232         pte_store(pte, newpte);
7233         return (mpte);
7234 }
7235
7236 /*
7237  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7238  * to be used for panic dumps.
7239  */
7240 void *
7241 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7242 {
7243         vm_offset_t va;
7244
7245         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7246         pmap_kenter(va, pa);
7247         invlpg(va);
7248         return ((void *)crashdumpmap);
7249 }
7250
7251 /*
7252  * This code maps large physical mmap regions into the
7253  * processor address space.  Note that some shortcuts
7254  * are taken, but the code works.
7255  */
7256 void
7257 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7258     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7259 {
7260         pd_entry_t *pde;
7261         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7262         vm_paddr_t pa, ptepa;
7263         vm_page_t p, pdpg;
7264         int pat_mode;
7265
7266         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7267         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7268         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7269         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7270
7271         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7272         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7273             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7274         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7275                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7276                         return;
7277                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7278                         return;
7279                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7280                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7281                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7282                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7283
7284                 /*
7285                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7286                  * aligned to a 2MB page boundary.
7287                  */
7288                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7289                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7290                         return;
7291
7292                 /*
7293                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7294                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7295                  * memory attributes.
7296                  */
7297                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7298                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7299                     pa += PAGE_SIZE) {
7300                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7301                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7302                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7303                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7304                                 return;
7305                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7306                 }
7307
7308                 /*
7309                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7310                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7311                  * will not affect the termination of this loop.
7312                  */ 
7313                 PMAP_LOCK(pmap);
7314                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7315                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7316                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7317                         if (pde == NULL) {
7318                                 /*
7319                                  * The creation of mappings below is only an
7320                                  * optimization.  If a page directory page
7321                                  * cannot be allocated without blocking,
7322                                  * continue on to the next mapping rather than
7323                                  * blocking.
7324                                  */
7325                                 addr += NBPDR;
7326                                 continue;
7327                         }
7328                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7329                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7330                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7331                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7332                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7333                         } else {
7334                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7335                                 pdpg->ref_count--;
7336                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7337                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7338                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7339                         }
7340                         addr += NBPDR;
7341                 }
7342                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7343         }
7344 }
7345
7346 /*
7347  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7348  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7349  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7350  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7351  *
7352  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7353  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7354  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7355  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7356  *      function are not needed.
7357  */
7358 void
7359 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7360 {
7361         vm_offset_t va_next;
7362         pml4_entry_t *pml4e;
7363         pdp_entry_t *pdpe;
7364         pd_entry_t *pde;
7365         pt_entry_t *pte, PG_V, PG_G;
7366
7367         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7368         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7369         PMAP_LOCK(pmap);
7370         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7371                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7372                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7373                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7374                         if (va_next < sva)
7375                                 va_next = eva;
7376                         continue;
7377                 }
7378
7379                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7380                 if (va_next < sva)
7381                         va_next = eva;
7382                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7383                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7384                         continue;
7385                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7386                         KASSERT(va_next <= eva,
7387                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7388                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7389                             *pdpe, sva, eva, va_next));
7390                         MPASS(pmap != kernel_pmap); /* XXXKIB */
7391                         MPASS((*pdpe & (PG_MANAGED | PG_G)) == 0);
7392                         atomic_clear_long(pdpe, PG_W);
7393                         pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDP / PAGE_SIZE;
7394                         continue;
7395                 }
7396
7397                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7398                 if (va_next < sva)
7399                         va_next = eva;
7400                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7401                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7402                         continue;
7403                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7404                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7405                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7406                                     (uintmax_t)*pde);
7407
7408                         /*
7409                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7410                          * demote the mapping and fall through.
7411                          */
7412                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7413                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7414                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7415                                     PAGE_SIZE;
7416                                 continue;
7417                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7418                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7419                 }
7420                 if (va_next > eva)
7421                         va_next = eva;
7422                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7423                     sva += PAGE_SIZE) {
7424                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7425                                 continue;
7426                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7427                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7428                                     (uintmax_t)*pte);
7429
7430                         /*
7431                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7432                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7433                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7434                          */
7435                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7436                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7437                 }
7438         }
7439         PMAP_UNLOCK(pmap);
7440 }
7441
7442 /*
7443  *      Copy the range specified by src_addr/len
7444  *      from the source map to the range dst_addr/len
7445  *      in the destination map.
7446  *
7447  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7448  */
7449 void
7450 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7451     vm_offset_t src_addr)
7452 {
7453         struct rwlock *lock;
7454         pml4_entry_t *pml4e;
7455         pdp_entry_t *pdpe;
7456         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7457         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7458         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7459         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7460
7461         if (dst_addr != src_addr)
7462                 return;
7463
7464         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7465                 return;
7466
7467         /*
7468          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7469          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7470          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7471          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7472          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7473          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7474          */
7475         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7476                 return;
7477
7478         end_addr = src_addr + len;
7479         lock = NULL;
7480         if (dst_pmap < src_pmap) {
7481                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7482                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7483         } else {
7484                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7485                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7486         }
7487
7488         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7489         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7490         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7491
7492         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7493                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7494                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7495
7496                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7497                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
7498                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7499                         if (va_next < addr)
7500                                 va_next = end_addr;
7501                         continue;
7502                 }
7503
7504                 va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7505                 if (va_next < addr)
7506                         va_next = end_addr;
7507                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7508                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
7509                         continue;
7510                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
7511                         KASSERT(va_next <= end_addr,
7512                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
7513                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7514                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7515                         MPASS((addr & PDPMASK) == 0);
7516                         MPASS((*pdpe & PG_MANAGED) == 0);
7517                         srcptepaddr = *pdpe;
7518                         pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7519                         if (pdpe == NULL) {
7520                                 if (_pmap_allocpte(dst_pmap,
7521                                     pmap_pml4e_pindex(addr), NULL, addr) ==
7522                                     NULL)
7523                                         break;
7524                                 pdpe = pmap_pdpe(dst_pmap, addr);
7525                         } else {
7526                                 pml4e = pmap_pml4e(dst_pmap, addr);
7527                                 dst_pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4e & PG_FRAME);
7528                                 dst_pdpg->ref_count++;
7529                         }
7530                         KASSERT(*pdpe == 0,
7531                             ("1G mapping present in dst pmap "
7532                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
7533                             *pdpe, addr, end_addr, va_next));
7534                         *pdpe = srcptepaddr & ~PG_W;
7535                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDP / PAGE_SIZE);
7536                         continue;
7537                 }
7538
7539                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7540                 if (va_next < addr)
7541                         va_next = end_addr;
7542
7543                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7544                 srcptepaddr = *pde;
7545                 if (srcptepaddr == 0)
7546                         continue;
7547                         
7548                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7549                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7550                                 continue;
7551                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7552                         if (pde == NULL)
7553                                 break;
7554                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7555                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7556                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7557                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
7558                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
7559                                     PAGE_SIZE);
7560                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7561                         } else
7562                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7563                         continue;
7564                 }
7565
7566                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7567                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7568                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7569                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7570
7571                 if (va_next > end_addr)
7572                         va_next = end_addr;
7573
7574                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7575                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7576                 dstmpte = NULL;
7577                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7578                         ptetemp = *src_pte;
7579
7580                         /*
7581                          * We only virtual copy managed pages.
7582                          */
7583                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7584                                 continue;
7585
7586                         if (dstmpte != NULL) {
7587                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7588                                     pmap_pde_pindex(addr),
7589                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7590                                 dstmpte->ref_count++;
7591                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7592                             NULL)) == NULL)
7593                                 goto out;
7594                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7595                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7596                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7597                         if (*dst_pte == 0 &&
7598                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7599                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7600                                 /*
7601                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7602                                  * (referenced) bits during the copy.
7603                                  */
7604                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7605                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
7606                         } else {
7607                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7608                                 goto out;
7609                         }
7610                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7611                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7612                                 break;
7613                 }
7614         }
7615 out:
7616         if (lock != NULL)
7617                 rw_wunlock(lock);
7618         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7619         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7620 }
7621
7622 int
7623 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7624 {
7625         int error;
7626
7627         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7628             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7629             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7630                 return (0);
7631         for (;;) {
7632                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7633                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7634                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7635                 } else {
7636                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7637                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7638                 }
7639                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7640                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7641                 if (error == ENOMEM)
7642                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7643                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7644                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7645                 if (error != ENOMEM)
7646                         break;
7647                 vm_wait(NULL);
7648         }
7649         return (error);
7650 }
7651
7652 /*
7653  * Zero the specified hardware page.
7654  */
7655 void
7656 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7657 {
7658         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7659
7660         pagezero((void *)va);
7661 }
7662
7663 /*
7664  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7665  * cover an area beyond a single hardware page.
7666  */
7667 void
7668 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7669 {
7670         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7671
7672         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7673                 pagezero((void *)va);
7674         else
7675                 bzero((char *)va + off, size);
7676 }
7677
7678 /*
7679  * Copy 1 specified hardware page to another.
7680  */
7681 void
7682 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7683 {
7684         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7685         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7686
7687         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7688 }
7689
7690 int unmapped_buf_allowed = 1;
7691
7692 void
7693 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7694     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7695 {
7696         void *a_cp, *b_cp;
7697         vm_page_t pages[2];
7698         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7699         int cnt;
7700         boolean_t mapped;
7701
7702         while (xfersize > 0) {
7703                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7704                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7705                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7706                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7707                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7708                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7709                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7710                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7711                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7712                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7713                 if (__predict_false(mapped))
7714                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7715                 a_offset += cnt;
7716                 b_offset += cnt;
7717                 xfersize -= cnt;
7718         }
7719 }
7720
7721 /*
7722  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7723  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7724  * be changed upwards or downwards in the future; it
7725  * is only necessary that true be returned for a small
7726  * subset of pmaps for proper page aging.
7727  */
7728 boolean_t
7729 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7730 {
7731         struct md_page *pvh;
7732         struct rwlock *lock;
7733         pv_entry_t pv;
7734         int loops = 0;
7735         boolean_t rv;
7736
7737         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7738             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7739         rv = FALSE;
7740         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7741         rw_rlock(lock);
7742         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7743                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7744                         rv = TRUE;
7745                         break;
7746                 }
7747                 loops++;
7748                 if (loops >= 16)
7749                         break;
7750         }
7751         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7752                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7753                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7754                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7755                                 rv = TRUE;
7756                                 break;
7757                         }
7758                         loops++;
7759                         if (loops >= 16)
7760                                 break;
7761                 }
7762         }
7763         rw_runlock(lock);
7764         return (rv);
7765 }
7766
7767 /*
7768  *      pmap_page_wired_mappings:
7769  *
7770  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7771  *      that are wired.
7772  */
7773 int
7774 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7775 {
7776         struct rwlock *lock;
7777         struct md_page *pvh;
7778         pmap_t pmap;
7779         pt_entry_t *pte;
7780         pv_entry_t pv;
7781         int count, md_gen, pvh_gen;
7782
7783         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7784                 return (0);
7785         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7786         rw_rlock(lock);
7787 restart:
7788         count = 0;
7789         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7790                 pmap = PV_PMAP(pv);
7791                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7792                         md_gen = m->md.pv_gen;
7793                         rw_runlock(lock);
7794                         PMAP_LOCK(pmap);
7795                         rw_rlock(lock);
7796                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7797                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7798                                 goto restart;
7799                         }
7800                 }
7801                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7802                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7803                         count++;
7804                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7805         }
7806         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7807                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7808                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7809                         pmap = PV_PMAP(pv);
7810                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7811                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7812                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7813                                 rw_runlock(lock);
7814                                 PMAP_LOCK(pmap);
7815                                 rw_rlock(lock);
7816                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7817                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7818                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7819                                         goto restart;
7820                                 }
7821                         }
7822                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7823                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7824                                 count++;
7825                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7826                 }
7827         }
7828         rw_runlock(lock);
7829         return (count);
7830 }
7831
7832 /*
7833  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7834  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7835  */
7836 boolean_t
7837 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7838 {
7839         struct rwlock *lock;
7840         boolean_t rv;
7841
7842         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7843                 return (FALSE);
7844         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7845         rw_rlock(lock);
7846         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7847             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7848             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7849         rw_runlock(lock);
7850         return (rv);
7851 }
7852
7853 /*
7854  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7855  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7856  * caller.
7857  *
7858  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7859  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7860  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7861  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7862  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7863  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7864  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7865  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7866  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7867  * this function starts.
7868  *
7869  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7870  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7871  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7872  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7873  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7874  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7875  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7876  * that eventual TLB invalidation.
7877  */
7878 void
7879 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7880 {
7881         pd_entry_t ptepde;
7882         pt_entry_t *pte, tpte;
7883         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7884         struct spglist free;
7885         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7886         vm_page_t m, mpte, mt;
7887         pv_entry_t pv;
7888         struct md_page *pvh;
7889         struct pv_chunk *pc, *npc;
7890         struct rwlock *lock;
7891         int64_t bit;
7892         uint64_t inuse, bitmask;
7893         int allfree, field, freed, i, idx;
7894         boolean_t superpage;
7895         vm_paddr_t pa;
7896
7897         /*
7898          * Assert that the given pmap is only active on the current
7899          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7900          * activating the pmap while this function is executing.
7901          */
7902         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7903 #ifdef INVARIANTS
7904         {
7905                 cpuset_t other_cpus;
7906
7907                 other_cpus = all_cpus;
7908                 critical_enter();
7909                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7910                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7911                 critical_exit();
7912                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7913         }
7914 #endif
7915
7916         lock = NULL;
7917         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7918         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7919         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7920
7921         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7922                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7923         SLIST_INIT(&free);
7924         PMAP_LOCK(pmap);
7925         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7926                 allfree = 1;
7927                 freed = 0;
7928                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7929                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7930                         while (inuse != 0) {
7931                                 bit = bsfq(inuse);
7932                                 bitmask = 1UL << bit;
7933                                 idx = field * 64 + bit;
7934                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7935                                 inuse &= ~bitmask;
7936
7937                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7938                                 ptepde = *pte;
7939                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7940                                 tpte = *pte;
7941                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7942                                         superpage = FALSE;
7943                                         ptepde = tpte;
7944                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7945                                             PG_FRAME);
7946                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7947                                         tpte = *pte;
7948                                 } else {
7949                                         /*
7950                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7951                                          * superpage explicitly instead of
7952                                          * relying on PG_PS being set.
7953                                          *
7954                                          * This is because PG_PS is numerically
7955                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7956                                          * regular page could be mistaken for
7957                                          * a superpage.
7958                                          */
7959                                         superpage = TRUE;
7960                                 }
7961
7962                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7963                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7964                                             pv->pv_va, tpte);
7965                                 }
7966
7967 /*
7968  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7969  */
7970                                 if (tpte & PG_W) {
7971                                         allfree = 0;
7972                                         continue;
7973                                 }
7974
7975                                 if (superpage)
7976                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7977                                 else
7978                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7979
7980                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7981                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7982                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7983                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7984                                     (uintmax_t)tpte));
7985
7986                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7987                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7988                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7989                                     (uintmax_t)tpte));
7990
7991                                 pte_clear(pte);
7992
7993                                 /*
7994                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7995                                  */
7996                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7997                                         if (superpage) {
7998                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7999                                                         vm_page_dirty(mt);
8000                                         } else
8001                                                 vm_page_dirty(m);
8002                                 }
8003
8004                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
8005
8006                                 /* Mark free */
8007                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
8008                                 if (superpage) {
8009                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
8010                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
8011                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8012                                         pvh->pv_gen++;
8013                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
8014                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
8015                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8016                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
8017                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
8018                                         }
8019                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
8020                                         if (mpte != NULL) {
8021                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
8022                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
8023                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
8024                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
8025                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
8026                                                 mpte->ref_count = 0;
8027                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
8028                                         }
8029                                 } else {
8030                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
8031                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8032                                         m->md.pv_gen++;
8033                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
8034                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
8035                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8036                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8037                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
8038                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8039                                         }
8040                                 }
8041                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
8042                                 freed++;
8043                         }
8044                 }
8045                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
8046                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
8047                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
8048                 if (allfree) {
8049                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
8050                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
8051                 }
8052         }
8053         if (lock != NULL)
8054                 rw_wunlock(lock);
8055         pmap_invalidate_all(pmap);
8056         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
8057         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
8058         PMAP_UNLOCK(pmap);
8059         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8060 }
8061
8062 static boolean_t
8063 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
8064 {
8065         struct rwlock *lock;
8066         pv_entry_t pv;
8067         struct md_page *pvh;
8068         pt_entry_t *pte, mask;
8069         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8070         pmap_t pmap;
8071         int md_gen, pvh_gen;
8072         boolean_t rv;
8073
8074         rv = FALSE;
8075         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8076         rw_rlock(lock);
8077 restart:
8078         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8079                 pmap = PV_PMAP(pv);
8080                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8081                         md_gen = m->md.pv_gen;
8082                         rw_runlock(lock);
8083                         PMAP_LOCK(pmap);
8084                         rw_rlock(lock);
8085                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
8086                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8087                                 goto restart;
8088                         }
8089                 }
8090                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
8091                 mask = 0;
8092                 if (modified) {
8093                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8094                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8095                         mask |= PG_RW | PG_M;
8096                 }
8097                 if (accessed) {
8098                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8099                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8100                         mask |= PG_V | PG_A;
8101                 }
8102                 rv = (*pte & mask) == mask;
8103                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8104                 if (rv)
8105                         goto out;
8106         }
8107         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
8108                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8109                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
8110                         pmap = PV_PMAP(pv);
8111                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8112                                 md_gen = m->md.pv_gen;
8113                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
8114                                 rw_runlock(lock);
8115                                 PMAP_LOCK(pmap);
8116                                 rw_rlock(lock);
8117                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
8118                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8119                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8120                                         goto restart;
8121                                 }
8122                         }
8123                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8124                         mask = 0;
8125                         if (modified) {
8126                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8127                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8128                                 mask |= PG_RW | PG_M;
8129                         }
8130                         if (accessed) {
8131                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8132                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8133                                 mask |= PG_V | PG_A;
8134                         }
8135                         rv = (*pte & mask) == mask;
8136                         PMAP_UNLOCK(pmap);
8137                         if (rv)
8138                                 goto out;
8139                 }
8140         }
8141 out:
8142         rw_runlock(lock);
8143         return (rv);
8144 }
8145
8146 /*
8147  *      pmap_is_modified:
8148  *
8149  *      Return whether or not the specified physical page was modified
8150  *      in any physical maps.
8151  */
8152 boolean_t
8153 pmap_is_modified(vm_page_t m)
8154 {
8155
8156         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8157             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
8158
8159         /*
8160          * If the page is not busied then this check is racy.
8161          */
8162         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8163                 return (FALSE);
8164         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
8165 }
8166
8167 /*
8168  *      pmap_is_prefaultable:
8169  *
8170  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
8171  *      for prefault.
8172  */
8173 boolean_t
8174 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
8175 {
8176         pd_entry_t *pde;
8177         pt_entry_t *pte, PG_V;
8178         boolean_t rv;
8179
8180         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8181         rv = FALSE;
8182         PMAP_LOCK(pmap);
8183         pde = pmap_pde(pmap, addr);
8184         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
8185                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
8186                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
8187         }
8188         PMAP_UNLOCK(pmap);
8189         return (rv);
8190 }
8191
8192 /*
8193  *      pmap_is_referenced:
8194  *
8195  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
8196  *      in any physical maps.
8197  */
8198 boolean_t
8199 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
8200 {
8201
8202         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8203             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
8204         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
8205 }
8206
8207 /*
8208  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
8209  */
8210 void
8211 pmap_remove_write(vm_page_t m)
8212 {
8213         struct md_page *pvh;
8214         pmap_t pmap;
8215         struct rwlock *lock;
8216         pv_entry_t next_pv, pv;
8217         pd_entry_t *pde;
8218         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
8219         vm_offset_t va;
8220         int pvh_gen, md_gen;
8221
8222         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8223             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
8224
8225         vm_page_assert_busied(m);
8226         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8227                 return;
8228
8229         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8230         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8231             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8232 retry_pv_loop:
8233         rw_wlock(lock);
8234         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8235                 pmap = PV_PMAP(pv);
8236                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8237                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8238                         rw_wunlock(lock);
8239                         PMAP_LOCK(pmap);
8240                         rw_wlock(lock);
8241                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8242                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8243                                 rw_wunlock(lock);
8244                                 goto retry_pv_loop;
8245                         }
8246                 }
8247                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8248                 va = pv->pv_va;
8249                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8250                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8251                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8252                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8253                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8254                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8255                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8256         }
8257         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8258                 pmap = PV_PMAP(pv);
8259                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8260                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8261                         md_gen = m->md.pv_gen;
8262                         rw_wunlock(lock);
8263                         PMAP_LOCK(pmap);
8264                         rw_wlock(lock);
8265                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8266                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8267                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8268                                 rw_wunlock(lock);
8269                                 goto retry_pv_loop;
8270                         }
8271                 }
8272                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8273                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8274                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8275                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8276                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8277                     m));
8278                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8279 retry:
8280                 oldpte = *pte;
8281                 if (oldpte & PG_RW) {
8282                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
8283                             ~(PG_RW | PG_M)))
8284                                 goto retry;
8285                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8286                                 vm_page_dirty(m);
8287                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8288                 }
8289                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8290         }
8291         rw_wunlock(lock);
8292         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8293         pmap_delayed_invl_wait(m);
8294 }
8295
8296 static __inline boolean_t
8297 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8298 {
8299
8300         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8301                 return (TRUE);
8302
8303         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8304
8305         /*
8306          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8307          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8308          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8309          */
8310         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8311                 return (FALSE);
8312
8313         /*
8314          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8315          */
8316         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8317             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8318                 return (TRUE);
8319         else
8320                 return (FALSE);
8321 }
8322
8323 /*
8324  *      pmap_ts_referenced:
8325  *
8326  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8327  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8328  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8329  *      reference bits set.
8330  *
8331  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8332  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8333  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8334  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8335  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8336  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8337  *      to pmap_is_modified().
8338  *
8339  *      A DI block is not needed within this function, because
8340  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8341  *      released.
8342  */
8343 int
8344 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8345 {
8346         struct md_page *pvh;
8347         pv_entry_t pv, pvf;
8348         pmap_t pmap;
8349         struct rwlock *lock;
8350         pd_entry_t oldpde, *pde;
8351         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8352         vm_offset_t va;
8353         vm_paddr_t pa;
8354         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8355         struct spglist free;
8356         boolean_t demoted;
8357
8358         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8359             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8360         SLIST_INIT(&free);
8361         cleared = 0;
8362         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8363         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8364         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8365         rw_wlock(lock);
8366 retry:
8367         not_cleared = 0;
8368         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8369                 goto small_mappings;
8370         pv = pvf;
8371         do {
8372                 if (pvf == NULL)
8373                         pvf = pv;
8374                 pmap = PV_PMAP(pv);
8375                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8376                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8377                         rw_wunlock(lock);
8378                         PMAP_LOCK(pmap);
8379                         rw_wlock(lock);
8380                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8381                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8382                                 goto retry;
8383                         }
8384                 }
8385                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8386                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8387                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8388                 va = pv->pv_va;
8389                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8390                 oldpde = *pde;
8391                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8392                         /*
8393                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8394                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8395                          * we only update the 4KB page under test.
8396                          */
8397                         vm_page_dirty(m);
8398                 }
8399                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8400                         /*
8401                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8402                          * pages, it should not be cleared every time it is
8403                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8404                          * physical page number, the virtual superpage number,
8405                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8406                          * the 512 on which testing the reference bit will
8407                          * result in clearing that reference bit.  This
8408                          * function is designed to avoid the selection of the
8409                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8410                          *
8411                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8412                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8413                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8414                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8415                          * since the superpage is wired, the current state of
8416                          * its reference bit won't affect page replacement.
8417                          */
8418                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8419                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8420                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8421                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8422                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8423                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8424                                         demoted = FALSE;
8425                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8426                                     pv->pv_va, &lock)) {
8427                                         /*
8428                                          * Remove the mapping to a single page
8429                                          * so that a subsequent access may
8430                                          * repromote.  Since the underlying
8431                                          * page table page is fully populated,
8432                                          * this removal never frees a page
8433                                          * table page.
8434                                          */
8435                                         demoted = TRUE;
8436                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8437                                             PG_PS_FRAME);
8438                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8439                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8440                                             NULL, &lock);
8441                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8442                                 } else
8443                                         demoted = TRUE;
8444
8445                                 if (demoted) {
8446                                         /*
8447                                          * The superpage mapping was removed
8448                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8449                                          * longer valid.
8450                                          */
8451                                         if (pvf == pv)
8452                                                 pvf = NULL;
8453                                         pv = NULL;
8454                                 }
8455                                 cleared++;
8456                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8457                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8458                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8459                         } else
8460                                 not_cleared++;
8461                 }
8462                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8463                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8464                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8465                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8466                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8467                         pvh->pv_gen++;
8468                 }
8469                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8470                         goto out;
8471         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8472 small_mappings:
8473         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8474                 goto out;
8475         pv = pvf;
8476         do {
8477                 if (pvf == NULL)
8478                         pvf = pv;
8479                 pmap = PV_PMAP(pv);
8480                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8481                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8482                         md_gen = m->md.pv_gen;
8483                         rw_wunlock(lock);
8484                         PMAP_LOCK(pmap);
8485                         rw_wlock(lock);
8486                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8487                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8488                                 goto retry;
8489                         }
8490                 }
8491                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8492                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8493                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8494                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8495                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8496                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8497                     m));
8498                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8499                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8500                         vm_page_dirty(m);
8501                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8502                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8503                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8504                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8505                                 cleared++;
8506                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8507                                 /*
8508                                  * Wired pages cannot be paged out so
8509                                  * doing accessed bit emulation for
8510                                  * them is wasted effort. We do the
8511                                  * hard work for unwired pages only.
8512                                  */
8513                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8514                                     *pde, &free, &lock);
8515                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8516                                 cleared++;
8517                                 if (pvf == pv)
8518                                         pvf = NULL;
8519                                 pv = NULL;
8520                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8521                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8522                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8523                         } else
8524                                 not_cleared++;
8525                 }
8526                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8527                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8528                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8529                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8530                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8531                         m->md.pv_gen++;
8532                 }
8533         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8534             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8535 out:
8536         rw_wunlock(lock);
8537         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8538         return (cleared + not_cleared);
8539 }
8540
8541 /*
8542  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8543  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8544  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8545  */
8546 void
8547 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8548 {
8549         struct rwlock *lock;
8550         pml4_entry_t *pml4e;
8551         pdp_entry_t *pdpe;
8552         pd_entry_t oldpde, *pde;
8553         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8554         vm_offset_t va, va_next;
8555         vm_page_t m;
8556         bool anychanged;
8557
8558         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8559                 return;
8560
8561         /*
8562          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8563          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8564          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8565          * A/D bit emulation.
8566          */
8567         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8568                 return;
8569
8570         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8571         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8572         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8573         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8574         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8575         anychanged = false;
8576         pmap_delayed_invl_start();
8577         PMAP_LOCK(pmap);
8578         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8579                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8580                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0) {
8581                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8582                         if (va_next < sva)
8583                                 va_next = eva;
8584                         continue;
8585                 }
8586
8587                 va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8588                 if (va_next < sva)
8589                         va_next = eva;
8590                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8591                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
8592                         continue;
8593                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8594                         KASSERT(va_next <= eva,
8595                             ("partial update of non-transparent 1G mapping "
8596                             "pdpe %#lx sva %#lx eva %#lx va_next %#lx",
8597                             *pdpe, sva, eva, va_next));
8598                         continue;
8599                 }
8600
8601                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8602                 if (va_next < sva)
8603                         va_next = eva;
8604                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8605                 oldpde = *pde;
8606                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8607                         continue;
8608                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8609                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8610                                 continue;
8611                         lock = NULL;
8612                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8613                                 if (lock != NULL)
8614                                         rw_wunlock(lock);
8615
8616                                 /*
8617                                  * The large page mapping was destroyed.
8618                                  */
8619                                 continue;
8620                         }
8621
8622                         /*
8623                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8624                          * mapping to a single page so that a subsequent
8625                          * access may repromote.  Choosing the last page
8626                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8627                          * generally results in more repromotions.  Since the
8628                          * underlying page table page is fully populated, this
8629                          * removal never frees a page table page.
8630                          */
8631                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8632                                 va = eva;
8633                                 if (va > va_next)
8634                                         va = va_next;
8635                                 va -= PAGE_SIZE;
8636                                 KASSERT(va >= sva,
8637                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8638                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8639                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8640                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8641                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8642                                     &lock);
8643                                 anychanged = true;
8644                         }
8645                         if (lock != NULL)
8646                                 rw_wunlock(lock);
8647                 }
8648                 if (va_next > eva)
8649                         va_next = eva;
8650                 va = va_next;
8651                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8652                     sva += PAGE_SIZE) {
8653                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8654                                 goto maybe_invlrng;
8655                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8656                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8657                                         /*
8658                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8659                                          * can be avoided by making the page
8660                                          * dirty now.
8661                                          */
8662                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8663                                         vm_page_dirty(m);
8664                                 }
8665                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8666                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8667                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8668                         else
8669                                 goto maybe_invlrng;
8670
8671                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8672                                 if (va == va_next)
8673                                         va = sva;
8674                         } else
8675                                 anychanged = true;
8676                         continue;
8677 maybe_invlrng:
8678                         if (va != va_next) {
8679                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8680                                 va = va_next;
8681                         }
8682                 }
8683                 if (va != va_next)
8684                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8685         }
8686         if (anychanged)
8687                 pmap_invalidate_all(pmap);
8688         PMAP_UNLOCK(pmap);
8689         pmap_delayed_invl_finish();
8690 }
8691
8692 /*
8693  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8694  */
8695 void
8696 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8697 {
8698         struct md_page *pvh;
8699         pmap_t pmap;
8700         pv_entry_t next_pv, pv;
8701         pd_entry_t oldpde, *pde;
8702         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8703         struct rwlock *lock;
8704         vm_offset_t va;
8705         int md_gen, pvh_gen;
8706
8707         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8708             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8709         vm_page_assert_busied(m);
8710
8711         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8712                 return;
8713         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8714             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8715         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8716         rw_wlock(lock);
8717 restart:
8718         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8719                 pmap = PV_PMAP(pv);
8720                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8721                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8722                         rw_wunlock(lock);
8723                         PMAP_LOCK(pmap);
8724                         rw_wlock(lock);
8725                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8726                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8727                                 goto restart;
8728                         }
8729                 }
8730                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8731                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8732                 va = pv->pv_va;
8733                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8734                 oldpde = *pde;
8735                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8736                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8737                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8738                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8739                         /*
8740                          * Write protect the mapping to a single page so that
8741                          * a subsequent write access may repromote.
8742                          */
8743                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8744                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8745                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8746                         vm_page_dirty(m);
8747                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8748                 }
8749                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8750         }
8751         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8752                 pmap = PV_PMAP(pv);
8753                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8754                         md_gen = m->md.pv_gen;
8755                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8756                         rw_wunlock(lock);
8757                         PMAP_LOCK(pmap);
8758                         rw_wlock(lock);
8759                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8760                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8761                                 goto restart;
8762                         }
8763                 }
8764                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8765                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8766                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8767                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8768                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8769                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8770                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8771                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8772                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8773                 }
8774                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8775         }
8776         rw_wunlock(lock);
8777 }
8778
8779 /*
8780  * Miscellaneous support routines follow
8781  */
8782
8783 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8784 static __inline void
8785 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8786 {
8787         u_long opte, npte;
8788
8789         opte = *(u_long *)pte;
8790         do {
8791                 npte = opte & ~mask;
8792                 npte |= bits;
8793         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8794             npte));
8795 }
8796
8797 /*
8798  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8799  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8800  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8801  * NOT real memory.
8802  */
8803 static void *
8804 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8805 {
8806         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8807         vm_offset_t va, offset;
8808         vm_size_t tmpsize;
8809         int i;
8810
8811         offset = pa & PAGE_MASK;
8812         size = round_page(offset + size);
8813         pa = trunc_page(pa);
8814
8815         if (!pmap_initialized) {
8816                 va = 0;
8817                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8818                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8819                         if (ppim->va == 0) {
8820                                 ppim->pa = pa;
8821                                 ppim->sz = size;
8822                                 ppim->mode = mode;
8823                                 ppim->va = virtual_avail;
8824                                 virtual_avail += size;
8825                                 va = ppim->va;
8826                                 break;
8827                         }
8828                 }
8829                 if (va == 0)
8830                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8831         } else {
8832                 /*
8833                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8834                  */
8835                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8836                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8837                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8838                             (ppim->mode == mode ||
8839                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8840                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8841                 }
8842                 /*
8843                  * If the specified range of physical addresses fits within
8844                  * the direct map window, use the direct map.
8845                  */
8846                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8847                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8848                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8849                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8850                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8851                                     PROT_NONE, mode, flags);
8852                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8853                         } else
8854                                 i = 0;
8855                         if (!i)
8856                                 return ((void *)(va + offset));
8857                 }
8858                 va = kva_alloc(size);
8859                 if (va == 0)
8860                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8861         }
8862         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8863                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8864         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8865         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8866                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8867         return ((void *)(va + offset));
8868 }
8869
8870 void *
8871 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8872 {
8873
8874         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8875             MAPDEV_SETATTR));
8876 }
8877
8878 void *
8879 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8880 {
8881
8882         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8883 }
8884
8885 void *
8886 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8887 {
8888
8889         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8890             MAPDEV_SETATTR));
8891 }
8892
8893 void *
8894 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8895 {
8896
8897         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8898             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8899 }
8900
8901 void
8902 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8903 {
8904         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8905         vm_offset_t offset;
8906         int i;
8907
8908         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8909         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8910                 return;
8911         offset = va & PAGE_MASK;
8912         size = round_page(offset + size);
8913         va = trunc_page(va);
8914         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8915                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8916                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8917                         if (pmap_initialized)
8918                                 return;
8919                         ppim->pa = 0;
8920                         ppim->va = 0;
8921                         ppim->sz = 0;
8922                         ppim->mode = 0;
8923                         if (va + size == virtual_avail)
8924                                 virtual_avail = va;
8925                         return;
8926                 }
8927         }
8928         if (pmap_initialized) {
8929                 pmap_qremove(va, atop(size));
8930                 kva_free(va, size);
8931         }
8932 }
8933
8934 /*
8935  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8936  */
8937 static boolean_t
8938 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8939 {
8940         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8941         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8942         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8943         vm_paddr_t pdpgpa;
8944         vm_page_t pdpg;
8945
8946         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8947         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8948         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8949         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8950
8951         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8952         oldpdpe = *pdpe;
8953         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8954             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8955         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8956             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8957                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8958                     " in pmap %p", va, pmap);
8959                 return (FALSE);
8960         }
8961         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8962         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8963         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8964         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8965             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8966         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8967             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8968         newpde = oldpdpe;
8969
8970         /*
8971          * Initialize the page directory page.
8972          */
8973         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8974                 *pde = newpde;
8975                 newpde += NBPDR;
8976         }
8977
8978         /*
8979          * Demote the mapping.
8980          */
8981         *pdpe = newpdpe;
8982
8983         /*
8984          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8985          */
8986         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8987
8988         pmap_pdpe_demotions++;
8989         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8990             " in pmap %p", va, pmap);
8991         return (TRUE);
8992 }
8993
8994 /*
8995  * Sets the memory attribute for the specified page.
8996  */
8997 void
8998 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8999 {
9000
9001         m->md.pat_mode = ma;
9002
9003         /*
9004          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
9005          * can be relied upon to perform any cache operations that are
9006          * required for data coherence.
9007          */
9008         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9009             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
9010             m->md.pat_mode))
9011                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
9012 }
9013
9014 /*
9015  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
9016  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
9017  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
9018  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
9019  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
9020  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
9021  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
9022  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
9023  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
9024  * same physical page have different memory types.
9025  *
9026  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
9027  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
9028  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
9029  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
9030  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
9031  * virtual address range or the direct map.
9032  */
9033 int
9034 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
9035 {
9036         int error;
9037
9038         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9039         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
9040             MAPDEV_FLUSHCACHE);
9041         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9042         return (error);
9043 }
9044
9045 /*
9046  * Changes the specified virtual address range's protections to those
9047  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
9048  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
9049  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
9050  * map are never executable.
9051  */
9052 int
9053 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
9054 {
9055         int error;
9056
9057         /* Only supported within the kernel map. */
9058         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
9059                 return (EINVAL);
9060
9061         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9062         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
9063             MAPDEV_ASSERTVALID);
9064         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9065         return (error);
9066 }
9067
9068 static int
9069 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
9070     int mode, int flags)
9071 {
9072         vm_offset_t base, offset, tmpva;
9073         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
9074         pdp_entry_t *pdpe;
9075         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
9076         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
9077         int error;
9078         bool changed;
9079
9080         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9081         base = trunc_page(va);
9082         offset = va & PAGE_MASK;
9083         size = round_page(offset + size);
9084
9085         /*
9086          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
9087          * map but excluding the recursive map.
9088          */
9089         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
9090                 return (EINVAL);
9091
9092         /*
9093          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
9094          * "mask" that will be set in each modified PTE.
9095          *
9096          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
9097          */
9098         pde_bits = pte_bits = 0;
9099         pde_mask = pte_mask = 0;
9100         if (mode != -1) {
9101                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
9102                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
9103                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
9104                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
9105         }
9106         if (prot != VM_PROT_NONE) {
9107                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
9108                         pde_bits |= X86_PG_RW;
9109                         pte_bits |= X86_PG_RW;
9110                 }
9111                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
9112                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
9113                         pde_bits |= pg_nx;
9114                         pte_bits |= pg_nx;
9115                 }
9116                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9117                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
9118         }
9119
9120         /*
9121          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
9122          * into 4KB pages if required.
9123          */
9124         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9125                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9126                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
9127                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9128                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9129                         return (EINVAL);
9130                 }
9131                 if (*pdpe & PG_PS) {
9132                         /*
9133                          * If the current 1GB page already has the required
9134                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9135                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
9136                          */
9137                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
9138                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9139                                 continue;
9140                         }
9141
9142                         /*
9143                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
9144                          * and there is at least 1GB left within the range, then
9145                          * we need not break down this page into 2MB pages.
9146                          */
9147                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
9148                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
9149                                 tmpva += NBPDP;
9150                                 continue;
9151                         }
9152                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
9153                                 return (ENOMEM);
9154                 }
9155                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9156                 if (*pde == 0) {
9157                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9158                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9159                         return (EINVAL);
9160                 }
9161                 if (*pde & PG_PS) {
9162                         /*
9163                          * If the current 2MB page already has the required
9164                          * properties, then we need not demote this page.  Just
9165                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
9166                          */
9167                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
9168                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9169                                 continue;
9170                         }
9171
9172                         /*
9173                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
9174                          * and there is at least 2MB left within the range, then
9175                          * we need not break down this page into 4KB pages.
9176                          */
9177                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
9178                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
9179                                 tmpva += NBPDR;
9180                                 continue;
9181                         }
9182                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
9183                                 return (ENOMEM);
9184                 }
9185                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9186                 if (*pte == 0) {
9187                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
9188                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
9189                         return (EINVAL);
9190                 }
9191                 tmpva += PAGE_SIZE;
9192         }
9193         error = 0;
9194
9195         /*
9196          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
9197          * properties if required.
9198          */
9199         changed = false;
9200         pa_start = pa_end = 0;
9201         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
9202                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
9203                 if (*pdpe & PG_PS) {
9204                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
9205                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
9206                                 changed = true;
9207                         }
9208                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9209                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9210                                 if (pa_start == pa_end) {
9211                                         /* Start physical address run. */
9212                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9213                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9214                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
9215                                         pa_end += NBPDP;
9216                                 else {
9217                                         /* Run ended, update direct map. */
9218                                         error = pmap_change_props_locked(
9219                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9220                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9221                                             flags);
9222                                         if (error != 0)
9223                                                 break;
9224                                         /* Start physical address run. */
9225                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
9226                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
9227                                 }
9228                         }
9229                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
9230                         continue;
9231                 }
9232                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
9233                 if (*pde & PG_PS) {
9234                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
9235                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
9236                                 changed = true;
9237                         }
9238                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9239                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
9240                                 if (pa_start == pa_end) {
9241                                         /* Start physical address run. */
9242                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9243                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9244                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
9245                                         pa_end += NBPDR;
9246                                 else {
9247                                         /* Run ended, update direct map. */
9248                                         error = pmap_change_props_locked(
9249                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9250                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9251                                             flags);
9252                                         if (error != 0)
9253                                                 break;
9254                                         /* Start physical address run. */
9255                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9256                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9257                                 }
9258                         }
9259                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9260                 } else {
9261                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9262                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9263                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9264                                 changed = true;
9265                         }
9266                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9267                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9268                                 if (pa_start == pa_end) {
9269                                         /* Start physical address run. */
9270                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9271                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9272                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9273                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9274                                 else {
9275                                         /* Run ended, update direct map. */
9276                                         error = pmap_change_props_locked(
9277                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9278                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9279                                             flags);
9280                                         if (error != 0)
9281                                                 break;
9282                                         /* Start physical address run. */
9283                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9284                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9285                                 }
9286                         }
9287                         tmpva += PAGE_SIZE;
9288                 }
9289         }
9290         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9291                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9292                 if (pa_start != pa_end1)
9293                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9294                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9295         }
9296
9297         /*
9298          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9299          * shouldn't be, etc.
9300          */
9301         if (changed) {
9302                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9303                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9304                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9305         }
9306         return (error);
9307 }
9308
9309 /*
9310  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9311  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9312  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9313  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9314  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9315  */
9316 void
9317 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9318 {
9319         pdp_entry_t *pdpe;
9320         pd_entry_t *pde;
9321         vm_offset_t va;
9322         boolean_t changed;
9323
9324         if (len == 0)
9325                 return;
9326         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9327         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9328             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9329         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9330                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9331                 changed = FALSE;
9332                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9333                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9334                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9335                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9336                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9337                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9338                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9339                         changed = TRUE;
9340                 }
9341                 if (len < NBPDR) {
9342                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9343                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9344                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9345                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9346                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9347                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9348                                 changed = TRUE;
9349                         }
9350                 }
9351                 if (changed && invalidate)
9352                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9353                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9354         }
9355 }
9356
9357 /*
9358  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9359  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9360  * find other mappings.
9361  */
9362 int
9363 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9364 {
9365         pdp_entry_t *pdpe;
9366         pd_entry_t *pdep;
9367         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9368         vm_paddr_t pa;
9369         int val;
9370
9371         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9372         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9373         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9374         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9375
9376         PMAP_LOCK(pmap);
9377         pte = 0;
9378         pa = 0;
9379         val = 0;
9380         pdpe = pmap_pdpe(pmap, addr);
9381         if ((*pdpe & PG_V) != 0) {
9382                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9383                         pte = *pdpe;
9384                         pa = ((pte & PG_PS_PDP_FRAME) | (addr & PDPMASK)) &
9385                             PG_FRAME;
9386                         val = MINCORE_PSIND(2);
9387                 } else {
9388                         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9389                         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V) != 0) {
9390                                 if ((*pdep & PG_PS) != 0) {
9391                                         pte = *pdep;
9392                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9393                                         pa = ((pte & PG_PS_FRAME) | (addr &
9394                                             PDRMASK)) & PG_FRAME;
9395                                         val = MINCORE_PSIND(1);
9396                                 } else {
9397                                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9398                                         pa = pte & PG_FRAME;
9399                                         val = 0;
9400                                 }
9401                         }
9402                 }
9403         }
9404         if ((pte & PG_V) != 0) {
9405                 val |= MINCORE_INCORE;
9406                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9407                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9408                 if ((pte & PG_A) != 0)
9409                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9410         }
9411         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9412             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9413             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9414                 *pap = pa;
9415         }
9416         PMAP_UNLOCK(pmap);
9417         return (val);
9418 }
9419
9420 static uint64_t
9421 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9422 {
9423         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9424
9425         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9426         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9427         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9428                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9429         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9430                 return (CR3_PCID_SAVE);
9431         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9432         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9433             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9434             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9435         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9436             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9437                 new_gen = gen + 1;
9438                 if (new_gen == 0)
9439                         new_gen = 1;
9440                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9441                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9442         } else {
9443                 new_gen = gen;
9444         }
9445         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9446         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9447         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9448         return (0);
9449 }
9450
9451 static uint64_t
9452 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9453 {
9454         uint64_t cached;
9455
9456         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9457         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9458             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9459             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9460         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9461             pmap == kernel_pmap,
9462             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9463             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9464         return (cached);
9465 }
9466
9467 static void
9468 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9469 {
9470
9471         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9472             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9473 }
9474
9475 static void
9476 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9477 {
9478         pmap_t old_pmap;
9479         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9480
9481         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9482             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9483
9484         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9485         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9486                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9487                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9488                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9489                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9490         }
9491
9492         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9493         cr3 = rcr3();
9494         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9495                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9496         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9497         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9498         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9499             PMAP_PCID_USER_PT;
9500
9501         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9502                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9503
9504         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9505         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9506         if (cached)
9507                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9508
9509         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9510 }
9511
9512 static void
9513 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9514     u_int cpuid)
9515 {
9516         uint64_t cached, cr3;
9517
9518         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9519             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9520
9521         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9522         cr3 = rcr3();
9523         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9524                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9525                     cached);
9526         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9527         if (cached)
9528                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9529 }
9530
9531 static void
9532 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9533     u_int cpuid __unused)
9534 {
9535
9536         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9537         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9538 }
9539
9540 static void
9541 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9542     u_int cpuid __unused)
9543 {
9544
9545         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9546         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9547         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9548         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9549 }
9550
9551 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9552     u_int))
9553 {
9554
9555         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9556                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9557         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9558                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9559         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9560                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9561         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9562                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9563 }
9564
9565 void
9566 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9567 {
9568         pmap_t oldpmap, pmap;
9569         u_int cpuid;
9570
9571         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9572         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9573         if (oldpmap == pmap) {
9574                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9575                         mfence();
9576                 return;
9577         }
9578         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9579 #ifdef SMP
9580         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9581 #else
9582         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9583 #endif
9584         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9585 #ifdef SMP
9586         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9587 #else
9588         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9589 #endif
9590 }
9591
9592 void
9593 pmap_activate(struct thread *td)
9594 {
9595         /*
9596          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9597          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9598          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9599          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9600          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9601          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9602          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9603          * stale TLB entries.
9604          *
9605          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9606          * a context switch, is immune to this race, because
9607          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9608          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9609          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9610          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9611          */
9612         spinlock_enter();
9613         pmap_activate_sw(td);
9614         spinlock_exit();
9615 }
9616
9617 void
9618 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9619 {
9620         uint64_t kcr3;
9621         u_int cpuid;
9622
9623         /*
9624          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9625          * by never activating it at all.
9626          */
9627         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9628
9629         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9630 #ifdef SMP
9631         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9632 #else
9633         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9634 #endif
9635         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9636         if (pti) {
9637                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9638                 if (pmap_pcid_enabled)
9639                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9640         } else {
9641                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9642         }
9643         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9644         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9645 }
9646
9647 void
9648 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9649 {
9650 }
9651
9652 /*
9653  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9654  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9655  */
9656 void
9657 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9658     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9659 {
9660         vm_offset_t superpage_offset;
9661
9662         if (size < NBPDR)
9663                 return;
9664         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9665                 offset += ptoa(object->pg_color);
9666         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9667         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9668             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9669                 return;
9670         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9671                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9672         else
9673                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9674 }
9675
9676 #ifdef INVARIANTS
9677 static unsigned long num_dirty_emulations;
9678 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9679              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9680
9681 static unsigned long num_accessed_emulations;
9682 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9683              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9684
9685 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9686 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9687              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9688
9689 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9690 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9691              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9692 #endif  /* INVARIANTS */
9693
9694 int
9695 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9696 {
9697         int rv;
9698         struct rwlock *lock;
9699 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9700         vm_page_t m, mpte;
9701 #endif
9702         pd_entry_t *pde;
9703         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9704
9705         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9706             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9707
9708         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9709                 return (-1);
9710
9711         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9712         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9713         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9714         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9715
9716         rv = -1;
9717         lock = NULL;
9718         PMAP_LOCK(pmap);
9719
9720         pde = pmap_pde(pmap, va);
9721         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9722                 goto done;
9723
9724         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9725                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9726 #ifdef INVARIANTS
9727                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9728 #endif
9729                         *pde |= PG_A;
9730                         rv = 0;
9731                 }
9732                 goto done;
9733         }
9734
9735         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9736         if ((*pte & PG_V) == 0)
9737                 goto done;
9738
9739         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9740                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9741                         goto done;
9742                 /*
9743                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9744                  *
9745                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9746                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9747                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9748                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9749                  * and PG_M simultaneously.
9750                  */
9751                 *pte |= PG_M | PG_A;
9752         } else {
9753                 *pte |= PG_A;
9754         }
9755
9756 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9757         /* try to promote the mapping */
9758         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9759                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9760         else
9761                 mpte = NULL;
9762
9763         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9764
9765         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9766             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9767             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9768             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9769                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9770 #ifdef INVARIANTS
9771                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9772 #endif
9773         }
9774 #endif
9775
9776 #ifdef INVARIANTS
9777         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9778                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9779         else
9780                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9781 #endif
9782         rv = 0;         /* success */
9783 done:
9784         if (lock != NULL)
9785                 rw_wunlock(lock);
9786         PMAP_UNLOCK(pmap);
9787         return (rv);
9788 }
9789
9790 void
9791 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9792 {
9793         pml4_entry_t *pml4;
9794         pdp_entry_t *pdp;
9795         pd_entry_t *pde;
9796         pt_entry_t *pte, PG_V;
9797         int idx;
9798
9799         idx = 0;
9800         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9801         PMAP_LOCK(pmap);
9802
9803         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9804         if (pml4 == NULL)
9805                 goto done;
9806         ptr[idx++] = *pml4;
9807         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9808                 goto done;
9809
9810         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9811         ptr[idx++] = *pdp;
9812         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9813                 goto done;
9814
9815         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9816         ptr[idx++] = *pde;
9817         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9818                 goto done;
9819
9820         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9821         ptr[idx++] = *pte;
9822
9823 done:
9824         PMAP_UNLOCK(pmap);
9825         *num = idx;
9826 }
9827
9828 /**
9829  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9830  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9831  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9832  *
9833  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9834  *                    address on the kernel memory map.
9835  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9836  *                    of the pages passed in the page parameter.
9837  * \param count       Number of pages passed in.
9838  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9839  *                    page faults, FALSE otherwise.
9840  *
9841  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9842  *          finished or FALSE otherwise.
9843  *
9844  */
9845 boolean_t
9846 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9847     boolean_t can_fault)
9848 {
9849         vm_paddr_t paddr;
9850         boolean_t needs_mapping;
9851         pt_entry_t *pte;
9852         int cache_bits, error __unused, i;
9853
9854         /*
9855          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9856          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9857          */
9858         needs_mapping = FALSE;
9859         for (i = 0; i < count; i++) {
9860                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9861                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9862                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9863                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9864                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9865                         needs_mapping = TRUE;
9866                 } else {
9867                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9868                 }
9869         }
9870
9871         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9872         if (!needs_mapping)
9873                 return (FALSE);
9874
9875         /*
9876          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9877          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9878          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9879          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9880          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9881          * after modifying the PTE bits is crucial.
9882          */
9883         if (!can_fault)
9884                 sched_pin();
9885         for (i = 0; i < count; i++) {
9886                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9887                 if (paddr >= dmaplimit) {
9888                         if (can_fault) {
9889                                 /*
9890                                  * Slow path, since we can get page faults
9891                                  * while mappings are active don't pin the
9892                                  * thread to the CPU and instead add a global
9893                                  * mapping visible to all CPUs.
9894                                  */
9895                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9896                         } else {
9897                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9898                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9899                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9900                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9901                                     cache_bits);
9902                                 invlpg(vaddr[i]);
9903                         }
9904                 }
9905         }
9906
9907         return (needs_mapping);
9908 }
9909
9910 void
9911 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9912     boolean_t can_fault)
9913 {
9914         vm_paddr_t paddr;
9915         int i;
9916
9917         if (!can_fault)
9918                 sched_unpin();
9919         for (i = 0; i < count; i++) {
9920                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9921                 if (paddr >= dmaplimit) {
9922                         if (can_fault)
9923                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9924                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9925                 }
9926         }
9927 }
9928
9929 vm_offset_t
9930 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9931 {
9932         vm_paddr_t paddr;
9933
9934         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9935         if (paddr < dmaplimit)
9936                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9937         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9938         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9939         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9940             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9941         return (qframe);
9942 }
9943
9944 void
9945 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9946 {
9947
9948         if (addr != qframe)
9949                 return;
9950         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9951         invlpg(qframe);
9952         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9953 }
9954
9955 /*
9956  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9957  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9958  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9959  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9960  * each allocated pmap.
9961  *
9962  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9963  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9964  * represents the number of valid entries within the page.
9965  */
9966 static vm_page_t
9967 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9968 {
9969         vm_page_t m;
9970
9971         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9972             VM_ALLOC_ZERO);
9973         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9974                 pmap_zero_page(m);
9975         return (m);
9976 }
9977
9978 static vm_page_t
9979 pmap_large_map_getptp(void)
9980 {
9981         vm_page_t m;
9982
9983         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9984         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9985         if (m == NULL) {
9986                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9987                 vm_wait(NULL);
9988                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9989                 /* Callers retry. */
9990         }
9991         return (m);
9992 }
9993
9994 static pdp_entry_t *
9995 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9996 {
9997         vm_pindex_t pml4_idx;
9998         vm_paddr_t mphys;
9999
10000         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10001         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
10002             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
10003             "%#jx lm_ents %d",
10004             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10005         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
10006             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
10007             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
10008             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
10009         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
10010         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
10011 }
10012
10013 static pd_entry_t *
10014 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
10015 {
10016         pdp_entry_t *pdpe;
10017         vm_page_t m;
10018         vm_paddr_t mphys;
10019
10020 retry:
10021         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10022         if (*pdpe == 0) {
10023                 m = pmap_large_map_getptp();
10024                 if (m == NULL)
10025                         goto retry;
10026                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10027                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10028         } else {
10029                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10030                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
10031         }
10032         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
10033 }
10034
10035 static pt_entry_t *
10036 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
10037 {
10038         pd_entry_t *pde;
10039         vm_page_t m;
10040         vm_paddr_t mphys;
10041
10042 retry:
10043         pde = pmap_large_map_pde(va);
10044         if (*pde == 0) {
10045                 m = pmap_large_map_getptp();
10046                 if (m == NULL)
10047                         goto retry;
10048                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10049                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
10050                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
10051         } else {
10052                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10053                 mphys = *pde & PG_FRAME;
10054         }
10055         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
10056 }
10057
10058 static vm_paddr_t
10059 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
10060 {
10061         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10062         pd_entry_t *pde, pd;
10063         pt_entry_t *pte, pt;
10064
10065         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
10066             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
10067         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10068         pdp = *pdpe;
10069         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10070             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10071             (u_long)pdpe, pdp));
10072         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10073                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10074                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10075                     (u_long)pdpe, pdp));
10076                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
10077         }
10078         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10079         pd = *pde;
10080         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10081             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
10082         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
10083                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
10084         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10085         pt = *pte;
10086         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
10087             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
10088         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
10089 }
10090
10091 static int
10092 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
10093     vmem_addr_t *vmem_res)
10094 {
10095
10096         /*
10097          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
10098          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
10099          * freed.
10100          */
10101         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
10102             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
10103 }
10104
10105 int
10106 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
10107     vm_memattr_t mattr)
10108 {
10109         pdp_entry_t *pdpe;
10110         pd_entry_t *pde;
10111         pt_entry_t *pte;
10112         vm_offset_t va, inc;
10113         vmem_addr_t vmem_res;
10114         vm_paddr_t pa;
10115         int error;
10116
10117         if (len == 0 || spa + len < spa)
10118                 return (EINVAL);
10119
10120         /* See if DMAP can serve. */
10121         if (spa + len <= dmaplimit) {
10122                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
10123                 *addr = (void *)va;
10124                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
10125         }
10126
10127         /*
10128          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
10129          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
10130          * failed.
10131          */
10132         error = ENOMEM;
10133         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
10134             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
10135                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
10136                     &vmem_res);
10137         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
10138             NBPDR) + NBPDR)
10139                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
10140                     &vmem_res);
10141         if (error != 0)
10142                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
10143         if (error != 0)
10144                 return (error);
10145
10146         /*
10147          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
10148          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
10149          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
10150          */
10151         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10152         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
10153             len -= inc) {
10154                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
10155                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
10156                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10157                         MPASS(*pdpe == 0);
10158                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10159                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10160                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10161                         inc = NBPDP;
10162                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
10163                     (va & PDRMASK) == 0) {
10164                         pde = pmap_large_map_pde(va);
10165                         MPASS(*pde == 0);
10166                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
10167                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
10168                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
10169                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
10170                             ref_count++;
10171                         inc = NBPDR;
10172                 } else {
10173                         pte = pmap_large_map_pte(va);
10174                         MPASS(*pte == 0);
10175                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
10176                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10177                             mattr, FALSE);
10178                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
10179                             ref_count++;
10180                         inc = PAGE_SIZE;
10181                 }
10182         }
10183         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10184         MPASS(len == 0);
10185
10186         *addr = (void *)vmem_res;
10187         return (0);
10188 }
10189
10190 void
10191 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
10192 {
10193         vm_offset_t sva, va;
10194         vm_size_t inc;
10195         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
10196         pd_entry_t *pde, pd;
10197         pt_entry_t *pte;
10198         vm_page_t m;
10199         struct spglist spgf;
10200
10201         sva = (vm_offset_t)svaa;
10202         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
10203             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
10204                 return;
10205
10206         SLIST_INIT(&spgf);
10207         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10208             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
10209             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
10210         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
10211         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
10212                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
10213                 pdp = *pdpe;
10214                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
10215                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10216                     (u_long)pdpe, pdp));
10217                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
10218                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
10219                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10220                             (u_long)pdpe, pdp));
10221                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
10222                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
10223                             (u_long)pdpe, pdp));
10224                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
10225                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
10226                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
10227                             (u_long)pdpe, pdp, len));
10228                         *pdpe = 0;
10229                         inc = NBPDP;
10230                         continue;
10231                 }
10232                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10233                 pd = *pde;
10234                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
10235                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10236                     (u_long)pde, pd));
10237                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
10238                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
10239                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
10240                             (u_long)pde, pd));
10241                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
10242                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
10243                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
10244                             pd, len));
10245                         pde_store(pde, 0);
10246                         inc = NBPDR;
10247                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10248                         m->ref_count--;
10249                         if (m->ref_count == 0) {
10250                                 *pdpe = 0;
10251                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10252                         }
10253                         continue;
10254                 }
10255                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10256                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10257                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10258                     (u_long)pte, *pte));
10259                 pte_clear(pte);
10260                 inc = PAGE_SIZE;
10261                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10262                 m->ref_count--;
10263                 if (m->ref_count == 0) {
10264                         *pde = 0;
10265                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10266                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10267                         m->ref_count--;
10268                         if (m->ref_count == 0) {
10269                                 *pdpe = 0;
10270                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10271                         }
10272                 }
10273         }
10274         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10275         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10276         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10277         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10278 }
10279
10280 static void
10281 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10282 {
10283
10284         mfence();
10285 }
10286
10287 static void
10288 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10289 {
10290
10291         atomic_thread_fence_seq_cst();
10292 }
10293
10294 static void
10295 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10296 {
10297 }
10298
10299 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10300 {
10301
10302         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10303                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10304         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10305             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10306                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10307         else
10308                 /* clflush is strongly enough ordered */
10309                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10310 }
10311
10312 static void
10313 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10314 {
10315
10316         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10317             va += cpu_clflush_line_size)
10318                 clwb(va);
10319 }
10320
10321 static void
10322 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10323 {
10324
10325         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10326             va += cpu_clflush_line_size)
10327                 clflushopt(va);
10328 }
10329
10330 static void
10331 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10332 {
10333
10334         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10335             va += cpu_clflush_line_size)
10336                 clflush(va);
10337 }
10338
10339 static void
10340 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10341 {
10342 }
10343
10344 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10345 {
10346
10347         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10348                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10349         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10350                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10351         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10352                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10353         else
10354                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10355 }
10356
10357 static void
10358 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10359 {
10360         volatile u_long *pe;
10361         u_long p;
10362         vm_offset_t va;
10363         vm_size_t inc;
10364         bool seen_other;
10365
10366         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10367                 inc = 0;
10368                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10369                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10370                         p = *pe;
10371                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10372                                 inc = NBPDP;
10373                 }
10374                 if (inc == 0) {
10375                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10376                         p = *pe;
10377                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10378                                 inc = NBPDR;
10379                 }
10380                 if (inc == 0) {
10381                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10382                         p = *pe;
10383                         inc = PAGE_SIZE;
10384                 }
10385                 seen_other = false;
10386                 for (;;) {
10387                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10388                                 /*
10389                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10390                                  * write-back.
10391                                  */
10392                                 cpu_spinwait();
10393                                 p = *pe;
10394
10395                                 /*
10396                                  * If we saw other write-back
10397                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10398                                  * indicate state of the cache.  The
10399                                  * PG_M bit is cleared before the
10400                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10401                                  * and writes which are relevant for
10402                                  * us might happen after.
10403                                  */
10404                                 seen_other = true;
10405                                 continue;
10406                         }
10407
10408                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10409                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10410                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10411                                         /*
10412                                          * If we saw PG_M without
10413                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10414                                          * next attempt we do not
10415                                          * observe either PG_M or
10416                                          * PG_AVAIL1, the other
10417                                          * write-back started after us
10418                                          * and finished before us.  We
10419                                          * can rely on it doing our
10420                                          * work.
10421                                          */
10422                                         continue;
10423                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10424                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10425                         }
10426                         break;
10427                 }
10428                 maybe_yield();
10429         }
10430 }
10431
10432 /*
10433  * Write-back cache lines for the given address range.
10434  *
10435  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10436  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10437  *
10438  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10439  * instructions support.
10440  */
10441 void
10442 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10443 {
10444         vm_offset_t eva, sva;
10445
10446         sva = (vm_offset_t)svap;
10447         eva = sva + len;
10448         pmap_large_map_wb_fence();
10449         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10450                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10451         } else {
10452                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10453                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10454                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10455                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10456         }
10457         pmap_large_map_wb_fence();
10458 }
10459
10460 static vm_page_t
10461 pmap_pti_alloc_page(void)
10462 {
10463         vm_page_t m;
10464
10465         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10466         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10467             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10468         return (m);
10469 }
10470
10471 static bool
10472 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10473 {
10474
10475         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10476         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10477                 return (false);
10478         vm_page_free_zero(m);
10479         return (true);
10480 }
10481
10482 static void
10483 pmap_pti_init(void)
10484 {
10485         vm_page_t pml4_pg;
10486         pdp_entry_t *pdpe;
10487         vm_offset_t va;
10488         int i;
10489
10490         if (!pti)
10491                 return;
10492         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10493         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10494         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10495         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10496         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10497             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10498                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10499                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10500         }
10501         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10502             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10503         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10504             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10505         CPU_FOREACH(i) {
10506                 /* Doublefault stack IST 1 */
10507                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10508                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBLFAULT_STACK_SIZE, va, false);
10509                 /* NMI stack IST 2 */
10510                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10511                 pmap_pti_add_kva_locked(va - NMI_STACK_SIZE, va, false);
10512                 /* MC# stack IST 3 */
10513                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10514                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10515                 pmap_pti_add_kva_locked(va - MCE_STACK_SIZE, va, false);
10516                 /* DB# stack IST 4 */
10517                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10518                 pmap_pti_add_kva_locked(va - DBG_STACK_SIZE, va, false);
10519         }
10520         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
10521             (vm_offset_t)etext, true);
10522         pti_finalized = true;
10523         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10524 }
10525 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10526
10527 static pdp_entry_t *
10528 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10529 {
10530         pml4_entry_t *pml4e;
10531         pdp_entry_t *pdpe;
10532         vm_page_t m;
10533         vm_pindex_t pml4_idx;
10534         vm_paddr_t mphys;
10535
10536         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10537
10538         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10539         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10540         m = NULL;
10541         if (*pml4e == 0) {
10542                 if (pti_finalized)
10543                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10544                 m = pmap_pti_alloc_page();
10545                 if (*pml4e != 0) {
10546                         pmap_pti_free_page(m);
10547                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10548                 } else {
10549                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10550                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10551                 }
10552         } else {
10553                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10554         }
10555         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10556         return (pdpe);
10557 }
10558
10559 static void
10560 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10561 {
10562         vm_page_t m;
10563
10564         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10565         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10566         m->ref_count++;
10567 }
10568
10569 static void
10570 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10571 {
10572         vm_page_t m;
10573
10574         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10575         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10576         MPASS(m->ref_count > 0);
10577         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10578         pmap_pti_free_page(m);
10579 }
10580
10581 static void
10582 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10583 {
10584         vm_page_t m;
10585         pd_entry_t *pde;
10586
10587         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10588         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10589         MPASS(m->ref_count > 0);
10590         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10591                 pde = pmap_pti_pde(va);
10592                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10593                 *pde = 0;
10594                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10595         }
10596 }
10597
10598 static pd_entry_t *
10599 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10600 {
10601         pdp_entry_t *pdpe;
10602         pd_entry_t *pde;
10603         vm_page_t m;
10604         vm_pindex_t pd_idx;
10605         vm_paddr_t mphys;
10606
10607         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10608
10609         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10610         if (*pdpe == 0) {
10611                 m = pmap_pti_alloc_page();
10612                 if (*pdpe != 0) {
10613                         pmap_pti_free_page(m);
10614                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10615                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10616                 } else {
10617                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10618                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10619                 }
10620         } else {
10621                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10622                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10623         }
10624
10625         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10626         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10627         pde += pd_idx;
10628         return (pde);
10629 }
10630
10631 static pt_entry_t *
10632 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10633 {
10634         pd_entry_t *pde;
10635         pt_entry_t *pte;
10636         vm_page_t m;
10637         vm_paddr_t mphys;
10638
10639         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10640
10641         pde = pmap_pti_pde(va);
10642         if (unwire_pde != NULL) {
10643                 *unwire_pde = true;
10644                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10645         }
10646         if (*pde == 0) {
10647                 m = pmap_pti_alloc_page();
10648                 if (*pde != 0) {
10649                         pmap_pti_free_page(m);
10650                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10651                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10652                 } else {
10653                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10654                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10655                         if (unwire_pde != NULL)
10656                                 *unwire_pde = false;
10657                 }
10658         } else {
10659                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10660                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10661         }
10662
10663         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10664         pte += pmap_pte_index(va);
10665
10666         return (pte);
10667 }
10668
10669 static void
10670 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10671 {
10672         vm_paddr_t pa;
10673         pd_entry_t *pde;
10674         pt_entry_t *pte, ptev;
10675         bool unwire_pde;
10676
10677         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10678
10679         sva = trunc_page(sva);
10680         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10681         eva = round_page(eva);
10682         MPASS(sva < eva);
10683         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10684                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10685                 pa = pmap_kextract(sva);
10686                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10687                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10688                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10689                 if (*pte == 0) {
10690                         pte_store(pte, ptev);
10691                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10692                 } else {
10693                         KASSERT(!pti_finalized,
10694                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10695                             sva, *pte, ptev));
10696                         KASSERT(*pte == ptev,
10697                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10698                             sva, *pte, ptev));
10699                 }
10700                 if (unwire_pde) {
10701                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10702                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10703                 }
10704         }
10705 }
10706
10707 void
10708 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10709 {
10710
10711         if (!pti)
10712                 return;
10713         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10714         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10715         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10716 }
10717
10718 void
10719 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10720 {
10721         pt_entry_t *pte;
10722         vm_offset_t va;
10723
10724         if (!pti)
10725                 return;
10726         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10727         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10728         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10729         MPASS(sva < eva);
10730         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10731         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10732                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10733                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10734                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10735                     (u_long)pte, *pte));
10736                 pte_clear(pte);
10737                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10738         }
10739         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10740         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10741 }
10742
10743 static void *
10744 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10745 {
10746         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10747
10748         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10749         if (new_node == NULL)
10750                 return (NULL);
10751         node = data;
10752         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10753         return (new_node);
10754 }
10755
10756 static void
10757 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10758 {
10759
10760         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10761 }
10762
10763 static int
10764 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10765     int flags)
10766 {
10767         struct pmap_pkru_range *ppr;
10768         int error;
10769
10770         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10771         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10772         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10773         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10774             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10775                 return (EBUSY);
10776         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10777         if (ppr == NULL)
10778                 return (ENOMEM);
10779         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10780         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10781         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10782         if (error != 0)
10783                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10784         return (error);
10785 }
10786
10787 static int
10788 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10789 {
10790
10791         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10792         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10793         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10794         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10795 }
10796
10797 static void
10798 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10799 {
10800
10801         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10802         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10803             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10804                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10805 }
10806
10807 static bool
10808 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10809 {
10810         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10811         vm_offset_t va;
10812
10813         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10814         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10815             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10816             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10817                 return (true);
10818         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10819         for (va = sva; va < eva; prev_ppr = ppr) {
10820                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10821                 if (va == sva)
10822                         prev_ppr = ppr;
10823                 else if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10824                         return (false);
10825                 if (ppr == NULL) {
10826                         va += PAGE_SIZE;
10827                         continue;
10828                 }
10829                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10830                         return (false);
10831                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10832         }
10833         return (true);
10834 }
10835
10836 static pt_entry_t
10837 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10838 {
10839         struct pmap_pkru_range *ppr;
10840
10841         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10842         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10843             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10844             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10845                 return (0);
10846         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10847         if (ppr != NULL)
10848                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10849         return (0);
10850 }
10851
10852 static bool
10853 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10854 {
10855         struct pmap_pkru_range *ppr;
10856
10857         ppr = r;
10858         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10859 }
10860
10861 static void
10862 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10863 {
10864
10865         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10866         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10867             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10868                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10869                     pred_pkru_on_remove);
10870         }
10871 }
10872
10873 static int
10874 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10875 {
10876
10877         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10878         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10879         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10880         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10881         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10882         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10883                 return (0);
10884         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10885 }
10886
10887 static void
10888 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10889     u_int keyidx)
10890 {
10891         pml4_entry_t *pml4e;
10892         pdp_entry_t *pdpe;
10893         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10894         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10895         vm_offset_t va, va_next;
10896         bool changed;
10897
10898         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10899         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10900         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10901
10902         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10903                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10904                 if (pml4e == NULL || (*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10905                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10906                         if (va_next < va)
10907                                 va_next = eva;
10908                         continue;
10909                 }
10910
10911                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10912                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10913                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10914                         if (va_next < va)
10915                                 va_next = eva;
10916                         continue;
10917                 }
10918
10919                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10920                 if (va_next < va)
10921                         va_next = eva;
10922
10923                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10924                 ptpaddr = *pde;
10925                 if (ptpaddr == 0)
10926                         continue;
10927
10928                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10929                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10930                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10931                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10932                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10933                                 if (newpde != ptpaddr) {
10934                                         *pde = newpde;
10935                                         changed = true;
10936                                 }
10937                                 continue;
10938                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10939                                 continue;
10940                         }
10941                 }
10942
10943                 if (va_next > eva)
10944                         va_next = eva;
10945
10946                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10947                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10948                         pte = *ptep;
10949                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10950                                 continue;
10951                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10952                         if (newpte != pte) {
10953                                 *ptep = newpte;
10954                                 changed = true;
10955                         }
10956                 }
10957         }
10958         if (changed)
10959                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10960 }
10961
10962 static int
10963 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10964     u_int keyidx, int flags)
10965 {
10966
10967         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10968             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10969                 return (EINVAL);
10970         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10971                 return (EFAULT);
10972         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10973                 return (ENOTSUP);
10974         return (0);
10975 }
10976
10977 int
10978 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10979     int flags)
10980 {
10981         int error;
10982
10983         sva = trunc_page(sva);
10984         eva = round_page(eva);
10985         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10986         if (error != 0)
10987                 return (error);
10988         for (;;) {
10989                 PMAP_LOCK(pmap);
10990                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10991                 if (error == 0)
10992                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10993                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10994                 if (error != ENOMEM)
10995                         break;
10996                 vm_wait(NULL);
10997         }
10998         return (error);
10999 }
11000
11001 int
11002 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
11003 {
11004         int error;
11005
11006         sva = trunc_page(sva);
11007         eva = round_page(eva);
11008         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
11009         if (error != 0)
11010                 return (error);
11011         for (;;) {
11012                 PMAP_LOCK(pmap);
11013                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
11014                 if (error == 0)
11015                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
11016                 PMAP_UNLOCK(pmap);
11017                 if (error != ENOMEM)
11018                         break;
11019                 vm_wait(NULL);
11020         }
11021         return (error);
11022 }
11023
11024 /*
11025  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
11026  * in various mapping attributes.
11027  */
11028 struct pmap_kernel_map_range {
11029         vm_offset_t sva;
11030         pt_entry_t attrs;
11031         int ptes;
11032         int pdes;
11033         int pdpes;
11034 };
11035
11036 static void
11037 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11038     vm_offset_t eva)
11039 {
11040         const char *mode;
11041         int i, pat_idx;
11042
11043         if (eva <= range->sva)
11044                 return;
11045
11046         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
11047         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
11048                 if (pat_index[i] == pat_idx)
11049                         break;
11050
11051         switch (i) {
11052         case PAT_WRITE_BACK:
11053                 mode = "WB";
11054                 break;
11055         case PAT_WRITE_THROUGH:
11056                 mode = "WT";
11057                 break;
11058         case PAT_UNCACHEABLE:
11059                 mode = "UC";
11060                 break;
11061         case PAT_UNCACHED:
11062                 mode = "U-";
11063                 break;
11064         case PAT_WRITE_PROTECTED:
11065                 mode = "WP";
11066                 break;
11067         case PAT_WRITE_COMBINING:
11068                 mode = "WC";
11069                 break;
11070         default:
11071                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
11072                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
11073                 mode = "??";
11074                 break;
11075         }
11076
11077         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
11078             range->sva, eva,
11079             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
11080             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
11081             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
11082             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
11083             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
11084
11085         /* Reset to sentinel value. */
11086         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11087             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11088             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11089 }
11090
11091 /*
11092  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
11093  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
11094  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
11095  */
11096 static bool
11097 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
11098 {
11099         pt_entry_t diff, mask;
11100
11101         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
11102         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
11103         if (diff == 0)
11104                 return (true);
11105         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
11106             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
11107             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
11108                 return (true);
11109         return (false);
11110 }
11111
11112 static void
11113 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
11114     pt_entry_t attrs)
11115 {
11116
11117         memset(range, 0, sizeof(*range));
11118         range->sva = va;
11119         range->attrs = attrs;
11120 }
11121
11122 /*
11123  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
11124  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
11125  * begin a new run.
11126  */
11127 static void
11128 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
11129     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
11130     pt_entry_t pte)
11131 {
11132         pt_entry_t attrs;
11133
11134         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
11135
11136         attrs |= pdpe & pg_nx;
11137         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11138         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11139                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11140         } else if (pde != 0) {
11141                 attrs |= pde & pg_nx;
11142                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11143         }
11144         if ((pde & PG_PS) != 0) {
11145                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
11146         } else if (pte != 0) {
11147                 attrs |= pte & pg_nx;
11148                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
11149                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
11150
11151                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
11152                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
11153                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
11154         }
11155
11156         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
11157                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
11158                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
11159         }
11160 }
11161
11162 static int
11163 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
11164 {
11165         struct pmap_kernel_map_range range;
11166         struct sbuf sbuf, *sb;
11167         pml4_entry_t pml4e;
11168         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
11169         pd_entry_t *pd, pde;
11170         pt_entry_t *pt, pte;
11171         vm_offset_t sva;
11172         vm_paddr_t pa;
11173         int error, i, j, k, l;
11174
11175         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
11176         if (error != 0)
11177                 return (error);
11178         sb = &sbuf;
11179         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
11180
11181         /* Sentinel value. */
11182         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11183             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
11184             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
11185
11186         /*
11187          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
11188          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
11189          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
11190          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
11191          * valid before descending.
11192          */
11193         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
11194                 switch (i) {
11195                 case PML4PML4I:
11196                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
11197                         break;
11198                 case DMPML4I:
11199                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
11200                         break;
11201                 case KPML4BASE:
11202                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
11203                         break;
11204                 case LMSPML4I:
11205                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
11206                         break;
11207                 }
11208
11209                 /* Convert to canonical form. */
11210                 if (sva == 1ul << 47)
11211                         sva |= -1ul << 48;
11212
11213 restart:
11214                 pml4e = kernel_pml4[i];
11215                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
11216                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
11217                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11218                         sva += NBPML4;
11219                         continue;
11220                 }
11221                 pa = pml4e & PG_FRAME;
11222                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11223
11224                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
11225                         pdpe = pdp[j];
11226                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
11227                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11228                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11229                                 sva += NBPDP;
11230                                 continue;
11231                         }
11232                         pa = pdpe & PG_FRAME;
11233                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11234                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
11235                                 goto restart;
11236                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
11237                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
11238                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
11239                                     0, 0);
11240                                 range.pdpes++;
11241                                 sva += NBPDP;
11242                                 continue;
11243                         }
11244                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11245
11246                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
11247                                 pde = pd[k];
11248                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
11249                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11250                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
11251                                         sva += NBPDR;
11252                                         continue;
11253                                 }
11254                                 pa = pde & PG_FRAME;
11255                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
11256                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
11257                                         goto restart;
11258                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
11259                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
11260                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11261                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11262                                         range.pdes++;
11263                                         sva += NBPDR;
11264                                         continue;
11265                                 }
11266                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11267
11268                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11269                                     sva += PAGE_SIZE) {
11270                                         pte = pt[l];
11271                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11272                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11273                                                     sva);
11274                                                 continue;
11275                                         }
11276                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11277                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11278                                         range.ptes++;
11279                                 }
11280                         }
11281                 }
11282         }
11283
11284         error = sbuf_finish(sb);
11285         sbuf_delete(sb);
11286         return (error);
11287 }
11288 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11289     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
11290     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11291     "Dump kernel address layout");
11292
11293 #ifdef DDB
11294 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11295 {
11296         pmap_t pmap;
11297         pml5_entry_t *pml5;
11298         pml4_entry_t *pml4;
11299         pdp_entry_t *pdp;
11300         pd_entry_t *pde;
11301         pt_entry_t *pte, PG_V;
11302         vm_offset_t va;
11303
11304         if (!have_addr) {
11305                 db_printf("show pte addr\n");
11306                 return;
11307         }
11308         va = (vm_offset_t)addr;
11309
11310         if (kdb_thread != NULL)
11311                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11312         else
11313                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11314
11315         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11316         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11317
11318         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11319                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11320                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11321                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11322                         db_printf("\n");
11323                         return;
11324                 }
11325                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11326         } else {
11327                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11328         }
11329         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11330         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11331                 db_printf("\n");
11332                 return;
11333         }
11334         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11335         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11336         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11337                 db_printf("\n");
11338                 return;
11339         }
11340         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11341         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11342         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11343                 db_printf("\n");
11344                 return;
11345         }
11346         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11347         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11348 }
11349
11350 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11351 {
11352         vm_paddr_t a;
11353
11354         if (have_addr) {
11355                 a = (vm_paddr_t)addr;
11356                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11357         } else {
11358                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11359         }
11360 }
11361
11362 static void
11363 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11364 {
11365         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11366             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11367 }
11368
11369 static void
11370 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11371 {
11372         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11373 }
11374
11375 static void
11376 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11377 {
11378         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11379         pml4_entry_t *pml4;
11380         pdp_entry_t *pdp;
11381         pd_entry_t *pd;
11382         int i4, i3, i2;
11383
11384         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11385         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11386                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11387                         continue;
11388                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11389                 if (pg3 == NULL) {
11390                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11391                         continue;
11392                 }
11393                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11394                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11395                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11396                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11397                                 continue;
11398                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11399                         if (pg3 == NULL) {
11400                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11401                                 continue;
11402                         }
11403                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11404                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11405                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11406                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11407                                         continue;
11408                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11409                                 if (pg1 == NULL) {
11410                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11411                                         continue;
11412                                 }
11413                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11414                         }
11415                 }
11416         }
11417 }
11418
11419 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11420 {
11421         pmap_t pmap;
11422         vm_page_t pg;
11423         pml5_entry_t *pml5;
11424         uint64_t PG_V;
11425         int i5;
11426
11427         if (have_addr)
11428                 pmap = (pmap_t)addr;
11429         else
11430                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11431
11432         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11433
11434         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11435                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11436                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11437                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11438                                 continue;
11439                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11440                         if (pg == NULL) {
11441                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11442                                 continue;
11443                         }
11444                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11445                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11446                 }
11447         } else {
11448                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11449                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11450         }
11451 }
11452 #endif