]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
ZFS: MFV 2.0-rc1-ga00c61
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #ifdef NUMA
327 #define pa_index(pa)    ({                                      \
328         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
329             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
330         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
331 })
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
344 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
345
346 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
347
348 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
349                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
350 #endif
351
352 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
353         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
354         struct rwlock *_new_lock;                       \
355                                                         \
356         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
357         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
358                 if (*_lockp != NULL)                    \
359                         rw_wunlock(*_lockp);            \
360                 *_lockp = _new_lock;                    \
361                 rw_wlock(*_lockp);                      \
362         }                                               \
363 } while (0)
364
365 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
366                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
367
368 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
369         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
370                                                         \
371         if (*_lockp != NULL) {                          \
372                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
373                 *_lockp = NULL;                         \
374         }                                               \
375 } while (0)
376
377 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
378                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
379
380 struct pmap kernel_pmap_store;
381
382 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
383 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
384
385 int nkpt;
386 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
387     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
388
389 static int ndmpdp;
390 vm_paddr_t dmaplimit;
391 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
392 pt_entry_t pg_nx;
393
394 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
395     "VM/pmap parameters");
396
397 static int pg_ps_enabled = 1;
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
399     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
400
401 int __read_frequently la57 = 0;
402 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, la57, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
403     &la57, 0,
404     "5-level paging for host is enabled");
405
406 static bool
407 pmap_is_la57(pmap_t pmap)
408 {
409         if (pmap->pm_type == PT_X86)
410                 return (la57);
411         return (false);         /* XXXKIB handle EPT */
412 }
413
414 #define PAT_INDEX_SIZE  8
415 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
416
417 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
418 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
419 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
420 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
421 u_int64_t               KPML5phys;      /* phys addr of kernel level 5,
422                                            if supported */
423
424 static pml4_entry_t     *kernel_pml4;
425 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
426 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
427 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
428
429 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
430
431 /*
432  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
433  */
434 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
435 static struct pmap_preinit_mapping {
436         vm_paddr_t      pa;
437         vm_offset_t     va;
438         vm_size_t       sz;
439         int             mode;
440 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
441 static int pmap_initialized;
442
443 /*
444  * Data for the pv entry allocation mechanism.
445  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
446  */
447 #ifdef NUMA
448 static __inline int
449 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
450 {
451
452         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
453 }
454 #else
455 static __inline int
456 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
457 {
458
459         return (0);
460 }
461 #endif
462
463 struct pv_chunks_list {
464         struct mtx pvc_lock;
465         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
466         int active_reclaims;
467 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
468
469 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
470
471 #ifdef  NUMA
472 struct pmap_large_md_page {
473         struct rwlock   pv_lock;
474         struct md_page  pv_page;
475         u_long pv_invl_gen;
476 };
477 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
478 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
479 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
480 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
481 #else
482 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
483 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
484 static struct md_page *pv_table;
485 static struct md_page pv_dummy;
486 #endif
487
488 /*
489  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
490  */
491 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
492 caddr_t CADDR1 = 0;
493 static vm_offset_t qframe = 0;
494 static struct mtx qframe_mtx;
495
496 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
497
498 static vmem_t *large_vmem;
499 static u_int lm_ents;
500 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
501         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
502
503 int pmap_pcid_enabled = 1;
504 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
505     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
506 int invpcid_works = 0;
507 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
508     "Is the invpcid instruction available ?");
509
510 int __read_frequently pti = 0;
511 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
512     &pti, 0,
513     "Page Table Isolation enabled");
514 static vm_object_t pti_obj;
515 static pml4_entry_t *pti_pml4;
516 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
517 static bool pti_finalized;
518
519 struct pmap_pkru_range {
520         struct rs_el    pkru_rs_el;
521         u_int           pkru_keyidx;
522         int             pkru_flags;
523 };
524
525 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
526 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
527 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
528 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
529 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
530 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
531 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
532 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
533 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
534
535 static int
536 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
537 {
538         int i;
539         uint64_t res;
540
541         res = 0;
542         CPU_FOREACH(i) {
543                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
544         }
545         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
546 }
547 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
548     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
549     "Count of saved TLB context on switch");
550
551 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
552     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
553 static struct mtx invl_gen_mtx;
554 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
555 static struct lock_object invl_gen_ts = {
556         .lo_name = "invlts",
557 };
558 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
559         .gen = 1,
560         .next = NULL,
561 };
562 static u_long pmap_invl_gen = 1;
563 static int pmap_invl_waiters;
564 static struct callout pmap_invl_callout;
565 static bool pmap_invl_callout_inited;
566
567 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
568     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
569
570 static bool
571 pmap_di_locked(void)
572 {
573         int tun;
574
575         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
576                 return (true);
577         tun = 0;
578         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
579         return (tun != 0);
580 }
581
582 static int
583 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
584 {
585         int locked;
586
587         locked = pmap_di_locked();
588         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
589 }
590 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
591     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
592     "Locked delayed invalidation");
593
594 static bool pmap_not_in_di_l(void);
595 static bool pmap_not_in_di_u(void);
596 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
597 {
598
599         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
600 }
601
602 static bool
603 pmap_not_in_di_l(void)
604 {
605         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
606
607         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
608         return (invl_gen->gen == 0);
609 }
610
611 static void
612 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
613 {
614         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
615
616         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
617         invl_gen->gen = 0;
618 }
619
620 static void
621 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
622 {
623         struct turnstile *ts;
624
625         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
626         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
627                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
628         else
629                 turnstile_cancel(ts);
630 }
631
632 static void
633 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
634 {
635         struct turnstile *ts;
636
637         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
638         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
639         if (new_gen != 0)
640                 pmap_invl_gen = new_gen;
641         if (ts != NULL) {
642                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
643                 turnstile_unpend(ts);
644         }
645         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
646 }
647
648 /*
649  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
650  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
651  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
652  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
653  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
654  * pmap active.
655  */
656 static void
657 pmap_delayed_invl_start_l(void)
658 {
659         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
660         u_long currgen;
661
662         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
663         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
664         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
665         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
666                 currgen = pmap_invl_gen;
667         else
668                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
669         invl_gen->gen = currgen + 1;
670         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
671         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
672 }
673
674 /*
675  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
676  * required TLB flushes for the pages marked by
677  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
678  * called.
679  *
680  * This function works by bumping the global DI generation number to
681  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
682  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
683  * global DI generation number would incorrectly signal that the
684  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
685  * DI's generation number to match the generation number of the
686  * current thread's DI.
687  */
688 static void
689 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
690 {
691         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
692
693         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
694         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
695         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
696         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
697         if (next == NULL)
698                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
699         else
700                 next->gen = invl_gen->gen;
701         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
702         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
703         invl_gen->gen = 0;
704 }
705
706 static bool
707 pmap_not_in_di_u(void)
708 {
709         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
710
711         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
712         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
713 }
714
715 static void
716 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
717 {
718         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
719
720         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
721         invl_gen->gen = 0;
722         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
723 }
724
725 static bool
726 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
727 {
728         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
729         char res;
730
731         old_low = new_low = 0;
732         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
733
734         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
735             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
736             : "b"(new_low), "c" (new_high)
737             : "memory", "cc");
738         if (res == 0) {
739                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
740                         return (false);
741                 out->gen = old_low;
742                 out->next = (void *)old_high;
743         } else {
744                 out->gen = new_low;
745                 out->next = (void *)new_high;
746         }
747         return (true);
748 }
749
750 static bool
751 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
752     struct pmap_invl_gen *new_val)
753 {
754         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
755         char res;
756
757         new_low = new_val->gen;
758         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
759         old_low = old_val->gen;
760         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
761
762         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
763             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
764             : "b"(new_low), "c" (new_high)
765             : "memory", "cc");
766         return (res);
767 }
768
769 #ifdef PV_STATS
770 static long invl_start_restart;
771 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
772     &invl_start_restart, 0,
773     "");
774 static long invl_finish_restart;
775 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
776     &invl_finish_restart, 0,
777     "");
778 static int invl_max_qlen;
779 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
780     &invl_max_qlen, 0,
781     "");
782 #endif
783
784 #define di_delay        locks_delay
785
786 static void
787 pmap_delayed_invl_start_u(void)
788 {
789         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
790         struct thread *td;
791         struct lock_delay_arg lda;
792         uintptr_t prevl;
793         u_char pri;
794 #ifdef PV_STATS
795         int i, ii;
796 #endif
797
798         td = curthread;
799         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
800         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
801         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
802         invl_gen->saved_pri = 0;
803         pri = td->td_base_pri;
804         if (pri > PVM) {
805                 thread_lock(td);
806                 pri = td->td_base_pri;
807                 if (pri > PVM) {
808                         invl_gen->saved_pri = pri;
809                         sched_prio(td, PVM);
810                 }
811                 thread_unlock(td);
812         }
813 again:
814         PV_STAT(i = 0);
815         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
816                 PV_STAT(i++);
817                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
818                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
819                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
820                         lock_delay(&lda);
821                         goto again;
822                 }
823                 if (prevl == 0)
824                         break;
825                 prev.next = (void *)prevl;
826         }
827 #ifdef PV_STATS
828         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
829                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
830 #endif
831
832         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
833                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
834                 lock_delay(&lda);
835                 goto again;
836         }
837
838         new_prev.gen = prev.gen;
839         new_prev.next = invl_gen;
840         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
841
842         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
843         atomic_thread_fence_rel();
844
845         /*
846          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
847          * this thread blocks any other thread trying to enter the
848          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
849          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
850          */
851         critical_enter();
852
853         /*
854          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
855          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
856          * started a new one and got inserted into the list at the
857          * same place, its gen will appear greater than the previously
858          * read gen.
859          */
860         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
861                 critical_exit();
862                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
863                 lock_delay(&lda);
864                 goto again;
865         }
866
867         /*
868          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
869          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
870          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
871          * write and the update of next.
872          */
873         invl_gen->next = NULL;
874         critical_exit();
875 }
876
877 static bool
878 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
879     struct pmap_invl_gen *p)
880 {
881         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
882         u_long mygen;
883
884         /*
885          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
886          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
887          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
888          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
889          */
890         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
891
892         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
893                 return (false);
894
895         KASSERT(prev.gen < mygen,
896             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
897         new_prev.gen = mygen;
898         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
899             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
900
901         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
902         atomic_thread_fence_rel();
903
904         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
905 }
906
907 static void
908 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
909 {
910         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
911         struct thread *td;
912         struct lock_delay_arg lda;
913         uintptr_t prevl;
914
915         td = curthread;
916         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
917         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
918         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
919             ("missed invl_start: INVALID"));
920         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
921
922 again:
923         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
924                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
925                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
926                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
927                         lock_delay(&lda);
928                         goto again;
929                 }
930                 if ((void *)prevl == invl_gen)
931                         break;
932         }
933
934         /*
935          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
936          * thread before us finished its DI and started it again.
937          */
938         if (__predict_false(p == NULL)) {
939                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
940                 lock_delay(&lda);
941                 goto again;
942         }
943
944         critical_enter();
945         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
946             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
947         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
948                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
949                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
950                 critical_exit();
951                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
952                 lock_delay(&lda);
953                 goto again;
954         }
955         critical_exit();
956         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
957                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
958         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
959                 thread_lock(td);
960                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
961                 thread_unlock(td);
962         }
963 }
964
965 #ifdef DDB
966 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
967 {
968         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
969         struct thread *td;
970         uintptr_t nextl;
971         bool first;
972
973         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
974             first = false) {
975                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
976                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
977                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
978                     td_md.md_invl_gen);
979                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
980                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
981                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
982         }
983 }
984 #endif
985
986 #ifdef PV_STATS
987 static long invl_wait;
988 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
989     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
990 static long invl_wait_slow;
991 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
992     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
993 #endif
994
995 #ifdef NUMA
996 static u_long *
997 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
998 {
999         vm_paddr_t pa;
1000         u_long *gen;
1001
1002         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1003         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
1004                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
1005         else
1006                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
1007
1008         return (gen);
1009 }
1010 #else
1011 static u_long *
1012 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
1013 {
1014
1015         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1016 }
1017 #endif
1018
1019 static void
1020 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1021 {
1022
1023         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1024                 return;
1025         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1026 }
1027
1028 static void
1029 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1030 {
1031
1032         if (pmap_di_locked())
1033                 return;
1034         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1035         pmap_invl_callout_inited = true;
1036 }
1037 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1038     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1039
1040 /*
1041  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1042  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1043  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1044  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1045  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1046  *
1047  * This function works by blocking until the global DI generation
1048  * number catches up with the generation number associated with the
1049  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1050  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1051  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1052  * processor.
1053  */
1054 static void
1055 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1056 {
1057         u_long *m_gen;
1058 #ifdef PV_STATS
1059         bool accounted = false;
1060 #endif
1061
1062         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1063         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1064 #ifdef PV_STATS
1065                 if (!accounted) {
1066                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1067                         accounted = true;
1068                 }
1069 #endif
1070                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1071         }
1072 }
1073
1074 static void
1075 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1076 {
1077         u_long *m_gen;
1078         struct lock_delay_arg lda;
1079         bool fast;
1080
1081         fast = true;
1082         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1083         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1084         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1085                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1086                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1087                         lock_delay(&lda);
1088                         fast = false;
1089                 } else {
1090                         /*
1091                          * The page's invalidation generation number
1092                          * is still below the current thread's number.
1093                          * Prepare to block so that we do not waste
1094                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1095                          *
1096                          * Since it is impossible to block without
1097                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1098                          * prepare for the race by incrementing
1099                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1100                          * callout which will unblock us if we lose
1101                          * the race.
1102                          */
1103                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1104
1105                         /*
1106                          * Re-check the current thread's invalidation
1107                          * generation after incrementing
1108                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1109                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1110                          * the page generation and checking
1111                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1112                          * is for a missed unblock, which is handled
1113                          * by the callout.
1114                          */
1115                         if (*m_gen >
1116                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1117                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1118                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1119                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1120                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1121                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1122                         }
1123                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1124                 }
1125         }
1126 }
1127
1128 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1129 {
1130
1131         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1132             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1133 }
1134
1135 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1136 {
1137
1138         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1139             pmap_delayed_invl_start_u);
1140 }
1141
1142 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1143 {
1144
1145         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1146             pmap_delayed_invl_finish_u);
1147 }
1148
1149 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1150 {
1151
1152         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1153             pmap_delayed_invl_wait_u);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1158  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1159  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1160  * block to complete before proceeding.
1161  *
1162  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1163  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1164  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1165  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1166  */
1167 static void
1168 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1169 {
1170         u_long gen, *m_gen;
1171
1172         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1173         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1174         if (gen == 0)
1175                 return;
1176         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1177         if (*m_gen < gen)
1178                 *m_gen = gen;
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Crashdump maps.
1183  */
1184 static caddr_t crashdumpmap;
1185
1186 /*
1187  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1188  */
1189 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1190 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1191
1192 /*
1193  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1194  * pmap_change_props_locked().
1195  */
1196 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1197 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1198 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1199
1200 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1201
1202 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1203 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1204 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1205 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1206 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1207 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1208 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1209                     struct rwlock **lockp);
1210 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1211                     struct rwlock **lockp);
1212 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1213                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1214 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1215 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1216                     struct rwlock **lockp);
1217 #endif
1218 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1219 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1220                     vm_offset_t va);
1221
1222 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1223 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1224     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1225 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1226 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1227     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1228 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1229     vm_offset_t va);
1230 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1231                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1232 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1233                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1234 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1235     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1236 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1237 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1238 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1239     vm_offset_t eva);
1240 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1241     vm_offset_t eva);
1242 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1243                     pd_entry_t pde);
1244 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1245 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1246 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1247 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1248 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1249     struct rwlock **lockp);
1250 #endif
1251 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1252     vm_prot_t prot);
1253 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1254 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1255     bool exec);
1256 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1257 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1258 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1259 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1260     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1261 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1262     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1263 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1264 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1265     struct spglist *free);
1266 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1267                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1268                     struct rwlock **lockp);
1269 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1270     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1271 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1272     pd_entry_t newpde);
1273 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1274
1275 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1276                 struct rwlock **lockp, vm_offset_t va);
1277 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1278                 struct rwlock **lockp);
1279 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1280                 struct rwlock **lockp);
1281
1282 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1283     struct spglist *free);
1284 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1285
1286 /********************/
1287 /* Inline functions */
1288 /********************/
1289
1290 /*
1291  * Return a non-clipped indexes for a given VA, which are page table
1292  * pages indexes at the corresponding level.
1293  */
1294 static __inline vm_pindex_t
1295 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1296 {
1297         return (va >> PDRSHIFT);
1298 }
1299
1300 static __inline vm_pindex_t
1301 pmap_pdpe_pindex(vm_offset_t va)
1302 {
1303         return (NUPDE + (va >> PDPSHIFT));
1304 }
1305
1306 static __inline vm_pindex_t
1307 pmap_pml4e_pindex(vm_offset_t va)
1308 {
1309         return (NUPDE + NUPDPE + (va >> PML4SHIFT));
1310 }
1311
1312 static __inline vm_pindex_t
1313 pmap_pml5e_pindex(vm_offset_t va)
1314 {
1315         return (NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (va >> PML5SHIFT));
1316 }
1317
1318 static __inline pml4_entry_t *
1319 pmap_pml5e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1320 {
1321
1322         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1323         return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(va)]);
1324 }
1325
1326 static __inline pml4_entry_t *
1327 pmap_pml5e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1328 {
1329
1330         MPASS(pmap_is_la57(pmap));
1331         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml5e_index(va)]);
1332 }
1333
1334 static __inline pml4_entry_t *
1335 pmap_pml5e_to_pml4e(pml5_entry_t *pml5e, vm_offset_t va)
1336 {
1337         pml4_entry_t *pml4e;
1338
1339         /* XXX MPASS(pmap_is_la57(pmap); */
1340         pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1341         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1342 }
1343
1344 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1345 static __inline pml4_entry_t *
1346 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1347 {
1348         pml5_entry_t *pml5e;
1349         pml4_entry_t *pml4e;
1350         pt_entry_t PG_V;
1351
1352         if (pmap_is_la57(pmap)) {
1353                 pml5e = pmap_pml5e(pmap, va);
1354                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1355                 if ((*pml5e & PG_V) == 0)
1356                         return (NULL);
1357                 pml4e = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5e & PG_FRAME);
1358         } else {
1359                 pml4e = pmap->pm_pmltop;
1360         }
1361         return (&pml4e[pmap_pml4e_index(va)]);
1362 }
1363
1364 static __inline pml4_entry_t *
1365 pmap_pml4e_u(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1366 {
1367         MPASS(!pmap_is_la57(pmap));
1368         return (&pmap->pm_pmltopu[pmap_pml4e_index(va)]);
1369 }
1370
1371 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1372 static __inline pdp_entry_t *
1373 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1374 {
1375         pdp_entry_t *pdpe;
1376
1377         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1378         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1379 }
1380
1381 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1382 static __inline pdp_entry_t *
1383 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1384 {
1385         pml4_entry_t *pml4e;
1386         pt_entry_t PG_V;
1387
1388         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1389         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1390         if (pml4e == NULL || (*pml4e & PG_V) == 0)
1391                 return (NULL);
1392         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1393 }
1394
1395 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1396 static __inline pd_entry_t *
1397 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1398 {
1399         pd_entry_t *pde;
1400
1401         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1402             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1403         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1404         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1405 }
1406
1407 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1408 static __inline pd_entry_t *
1409 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1410 {
1411         pdp_entry_t *pdpe;
1412         pt_entry_t PG_V;
1413
1414         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1415         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1416         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1417                 return (NULL);
1418         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1419 }
1420
1421 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1422 static __inline pt_entry_t *
1423 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1424 {
1425         pt_entry_t *pte;
1426
1427         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1428             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1429         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1430         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1431 }
1432
1433 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1434 static __inline pt_entry_t *
1435 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1436 {
1437         pd_entry_t *pde;
1438         pt_entry_t PG_V;
1439
1440         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1441         pde = pmap_pde(pmap, va);
1442         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1443                 return (NULL);
1444         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1445                 return ((pt_entry_t *)pde);
1446         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1447 }
1448
1449 static __inline void
1450 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1451 {
1452
1453         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1454         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1455 }
1456
1457 static __inline void
1458 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1459 {
1460
1461         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1462         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1463             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1464             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1465         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1466 }
1467
1468 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1469 vtopte(vm_offset_t va)
1470 {
1471         u_int64_t mask;
1472
1473         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1474
1475         if (la57) {
1476                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1477                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1478                 return (P5Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1479         } else {
1480                 mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1481                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1482                 return (P4Tmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1483         }
1484 }
1485
1486 static __inline pd_entry_t *
1487 vtopde(vm_offset_t va)
1488 {
1489         u_int64_t mask;
1490
1491         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1492
1493         if (la57) {
1494                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1495                     NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT)) - 1);
1496                 return (P5Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1497         } else {
1498                 mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT +
1499                     NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1500                 return (P4Dmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1501         }
1502 }
1503
1504 static u_int64_t
1505 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1506 {
1507         u_int64_t ret;
1508
1509         ret = *firstaddr;
1510         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1511         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1512         return (ret);
1513 }
1514
1515 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1516
1517 /* number of kernel PDP slots */
1518 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1519
1520 static void
1521 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1522 {
1523         int pt_pages;
1524         
1525 #ifdef NKPT
1526         pt_pages = NKPT;
1527 #else
1528         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1529         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1530
1531         /*
1532          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1533          * the kernel.
1534          *
1535          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1536          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1537          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1538          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1539          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1540          * physical memory.
1541          *
1542          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1543          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1544          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1545          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1546          * not uncommon.
1547          */
1548         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1549 #endif
1550         nkpt = pt_pages;
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1555  * part of the initial boot allocations.
1556  *
1557  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1558  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1559  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1560  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1561  *
1562  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1563  * way.
1564  */
1565 static inline pt_entry_t
1566 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1567 {
1568
1569         /*
1570          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1571          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1572          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1573          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1574          * fixed up by the linker.
1575          */
1576         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1577             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1578                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1579
1580         /*
1581          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1582          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1583          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1584          * read-write data needs to be read-write.
1585          */
1586         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1587                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1588
1589         /*
1590          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1591          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1592          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1593          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1594          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1595          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1596          * set CR0.WP.
1597          */
1598         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1599                 return (0);
1600         return (pg_nx);
1601 }
1602
1603 static void
1604 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1605 {
1606         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1607         pd_entry_t *pd_p;
1608         pdp_entry_t *pdp_p;
1609         pml4_entry_t *p4_p;
1610         uint64_t DMPDkernphys;
1611
1612         /* Allocate page table pages for the direct map */
1613         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1614         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1615                 ndmpdp = 4;
1616         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1617         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1618                 /*
1619                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1620                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1621                  */
1622                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1623                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1624                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1625                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1626         }
1627         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1628         ndm1g = 0;
1629         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1630                 /*
1631                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1632                  * Maxmem.
1633                  */
1634                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1635
1636                 /*
1637                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1638                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1639                  */
1640                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1641                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1642         }
1643         if (ndm1g < ndmpdp)
1644                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1645         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1646
1647         /* Allocate pages */
1648         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1649         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1650
1651         /*
1652          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1653          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1654          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1655          * build in too much slop in our estimate.
1656          *
1657          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1658          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1659          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1660          */
1661         nkpt_init(*firstaddr);
1662         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1663
1664         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1665         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1666
1667         /*
1668          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1669          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1670          * the PTmap.
1671          */
1672         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1673         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1674                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1675
1676         /*
1677          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1678          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1679          * created above.
1680          */
1681         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1682                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1683                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1684                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1685
1686         /*
1687          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1688          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1689          * virtual address space.
1690          */
1691         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1692                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1693
1694         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1695         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1696         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1697                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1698
1699         /*
1700          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1701          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1702          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1703          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1704          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1705          * that are partially used. 
1706          */
1707         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1708         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1709                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1710                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1711                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1712                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1713         }
1714         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1715         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1716                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1717                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1718                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1719                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1720         }
1721         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1722                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1723                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1724         }
1725
1726         /*
1727          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1728          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1729          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1730          */
1731         if (ndm1g) {
1732                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1733                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1734                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1735                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1736                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1737                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1738                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1739                             X86_PG_V | pg_nx;
1740         }
1741
1742         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1743         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1744         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1745         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1746
1747         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1748         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1749                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1750                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1751         }
1752
1753         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1754         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1755                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1756                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1757         }
1758
1759         kernel_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1760 }
1761
1762 /*
1763  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1764  *
1765  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1766  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1767  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1768  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1769  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1770  *      (physical) address starting relative to 0]
1771  */
1772 void
1773 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1774 {
1775         vm_offset_t va;
1776         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1777         struct region_descriptor r_gdt;
1778         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1779         u_long res;
1780         int i;
1781
1782         KERNend = *firstaddr;
1783         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1784
1785         if (!pti)
1786                 pg_g = X86_PG_G;
1787
1788         /*
1789          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1790          */
1791         create_pagetables(firstaddr);
1792
1793         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1794
1795         /*
1796          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1797          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1798          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1799          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1800          * addresses to superpage mappings.
1801          */
1802         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1803
1804         /*
1805          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1806          */
1807         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1808         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1809
1810         /*
1811          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1812          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1813          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1814          * correct now.
1815          */
1816         cr4 = rcr4();
1817         cr4 |= CR4_PGE;
1818         load_cr4(cr4);
1819         load_cr3(KPML4phys);
1820         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1821                 cr4 |= CR4_SMEP;
1822         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1823                 cr4 |= CR4_SMAP;
1824         load_cr4(cr4);
1825
1826         /*
1827          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1828          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1829          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1830          */
1831         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1832         kernel_pmap->pm_pmltop = kernel_pml4;
1833         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1834         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1835         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1836         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1837         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1838         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1839
1840         /*
1841          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1842          */
1843         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1844
1845         /*
1846          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1847          * mapping of pages.
1848          */
1849 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1850         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1851
1852         va = virtual_avail;
1853         pte = vtopte(va);
1854
1855         /*
1856          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1857          * memory test.
1858          */
1859         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1860         CADDR1 = crashdumpmap;
1861
1862         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1863         virtual_avail = va;
1864
1865         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1866                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1867                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1868         }
1869
1870         /*
1871          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1872          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1873          */
1874         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1875         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1876         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1877         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1878         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1879         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1880             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1881         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1882             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1883         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1884         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1885             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1886         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1887         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1888         lgdt(&r_gdt);
1889         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1890         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1891         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1892         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1893
1894         /*
1895          * Initialize the PAT MSR.
1896          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1897          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1898          * have been created in our pre-boot environment.
1899          */
1900         pmap_init_pat();
1901
1902         /* Initialize TLB Context Id. */
1903         if (pmap_pcid_enabled) {
1904                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1905                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1906                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1907                 }
1908
1909                 /*
1910                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1911                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1912                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1913                  * needs to be valid.
1914                  */
1915                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1916                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1917
1918                 /*
1919                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1920                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1921                  * during pcpu setup.
1922                  */
1923                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1924         }
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Setup the PAT MSR.
1929  */
1930 void
1931 pmap_init_pat(void)
1932 {
1933         uint64_t pat_msr;
1934         u_long cr0, cr4;
1935         int i;
1936
1937         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1938         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1939                 panic("no PAT??");
1940
1941         /* Set default PAT index table. */
1942         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1943                 pat_index[i] = -1;
1944         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1945         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1946         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1947         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1948         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1949         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1950
1951         /*
1952          * Initialize default PAT entries.
1953          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1954          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1955          *
1956          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1957          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1958          * to its overload with PG_PS.
1959          */
1960         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1961             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1962             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1963             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1964             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1965             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1966             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1967             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1968
1969         /* Disable PGE. */
1970         cr4 = rcr4();
1971         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1972
1973         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1974         cr0 = rcr0();
1975         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1976
1977         /* Flushes caches and TLBs. */
1978         wbinvd();
1979         invltlb();
1980
1981         /* Update PAT and index table. */
1982         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1983
1984         /* Flush caches and TLBs again. */
1985         wbinvd();
1986         invltlb();
1987
1988         /* Restore caches and PGE. */
1989         load_cr0(cr0);
1990         load_cr4(cr4);
1991 }
1992
1993 extern const char la57_trampoline[], la57_trampoline_gdt_desc[],
1994     la57_trampoline_gdt[], la57_trampoline_end[];
1995
1996 static void
1997 pmap_bootstrap_la57(void *arg __unused)
1998 {
1999         char *v_code;
2000         pml5_entry_t *v_pml5;
2001         pml4_entry_t *v_pml4;
2002         pdp_entry_t *v_pdp;
2003         pd_entry_t *v_pd;
2004         pt_entry_t *v_pt;
2005         vm_page_t m_code, m_pml4, m_pdp, m_pd, m_pt, m_pml5;
2006         void (*la57_tramp)(uint64_t pml5);
2007         struct region_descriptor r_gdt;
2008
2009         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_LA57) == 0)
2010                 return;
2011         if (!TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.la57", &la57))
2012                 la57 = 1;
2013         if (!la57)
2014                 return;
2015
2016         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
2017         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
2018
2019         m_code = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2020             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2021             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2022         if ((m_code->flags & PG_ZERO) == 0)
2023                 pmap_zero_page(m_code);
2024         v_code = (char *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code));
2025         m_pml5 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2026             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2027             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2028         if ((m_pml5->flags & PG_ZERO) == 0)
2029                 pmap_zero_page(m_pml5);
2030         KPML5phys = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml5);
2031         v_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML5phys);
2032         m_pml4 = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2033             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2034             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2035         if ((m_pml4->flags & PG_ZERO) == 0)
2036                 pmap_zero_page(m_pml4);
2037         v_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
2038         m_pdp = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2039             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2040             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2041         if ((m_pdp->flags & PG_ZERO) == 0)
2042                 pmap_zero_page(m_pdp);
2043         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
2044         m_pd = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2045             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2046             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2047         if ((m_pd->flags & PG_ZERO) == 0)
2048                 pmap_zero_page(m_pd);
2049         v_pd = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd));
2050         m_pt = vm_page_alloc_contig(NULL, 0,
2051             VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOBUSY | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_NOOBJ,
2052             1, 0, (1ULL << 32), PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
2053         if ((m_pt->flags & PG_ZERO) == 0)
2054                 pmap_zero_page(m_pt);
2055         v_pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt));
2056
2057         /*
2058          * Map m_code 1:1, it appears below 4G in KVA due to physical
2059          * address being below 4G.  Since kernel KVA is in upper half,
2060          * the pml4e should be zero and free for temporary use.
2061          */
2062         kernel_pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2063             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2064             X86_PG_M;
2065         v_pdp[pmap_pdpe_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2066             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2067             X86_PG_M;
2068         v_pd[pmap_pde_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2069             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pt) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2070             X86_PG_M;
2071         v_pt[pmap_pte_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2072             VM_PAGE_TO_PHYS(m_code) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2073             X86_PG_M;
2074
2075         /*
2076          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
2077          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
2078          */
2079         v_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
2080             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g;
2081
2082         /*
2083          * Add pml5 entry for 1:1 trampoline mapping after LA57 is turned on.
2084          */
2085         v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2086             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2087             X86_PG_M;
2088         v_pml4[pmap_pml4e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))] =
2089             VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
2090             X86_PG_M;
2091
2092         /*
2093          * Copy and call the 48->57 trampoline, hope we return there, alive.
2094          */
2095         bcopy(la57_trampoline, v_code, la57_trampoline_end - la57_trampoline);
2096         *(u_long *)(v_code + 2 + (la57_trampoline_gdt_desc - la57_trampoline)) =
2097             la57_trampoline_gdt - la57_trampoline + VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2098         la57_tramp = (void (*)(uint64_t))VM_PAGE_TO_PHYS(m_code);
2099         la57_tramp(KPML5phys);
2100
2101         /*
2102          * gdt was necessary reset, switch back to our gdt.
2103          */
2104         lgdt(&r_gdt);
2105         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
2106         load_ds(_udatasel);
2107         load_es(_udatasel);
2108         load_fs(_ufssel);
2109         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
2110             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
2111         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
2112
2113         /*
2114          * Now unmap the trampoline, and free the pages.
2115          * Clear pml5 entry used for 1:1 trampoline mapping.
2116          */
2117         pte_clear(&v_pml5[pmap_pml5e_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m_code))]);
2118         invlpg((vm_offset_t)v_code);
2119         vm_page_free(m_code);
2120         vm_page_free(m_pdp);
2121         vm_page_free(m_pd);
2122         vm_page_free(m_pt);
2123
2124         /* 
2125          * Recursively map PML5 to itself in order to get PTmap and
2126          * PDmap.
2127          */
2128         v_pml5[PML5PML5I] = KPML5phys | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
2129
2130         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML5phys;
2131         kernel_pmap->pm_pmltop = v_pml5;
2132 }
2133 SYSINIT(la57, SI_SUB_KMEM, SI_ORDER_ANY, pmap_bootstrap_la57, NULL);
2134
2135 /*
2136  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
2137  */
2138 void
2139 pmap_page_init(vm_page_t m)
2140 {
2141
2142         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
2143         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
2144 }
2145
2146 static int pmap_allow_2m_x_ept;
2147 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
2148     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
2149     "Allow executable superpage mappings in EPT");
2150
2151 void
2152 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
2153 {
2154         /*
2155          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
2156          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
2157          */
2158         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
2159             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
2160             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
2161             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
2162             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
2163             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
2164             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
2165             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
2166             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
2167             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
2168             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
2169             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
2170             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
2171             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
2172             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
2173             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
2174             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
2175             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
2176             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
2177             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
2178             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
2179                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
2180         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
2181 }
2182
2183 static bool
2184 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
2185 {
2186
2187         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
2188             !pmap_allow_2m_x_ept);
2189 }
2190
2191 #ifdef NUMA
2192 static void
2193 pmap_init_pv_table(void)
2194 {
2195         struct pmap_large_md_page *pvd;
2196         vm_size_t s;
2197         long start, end, highest, pv_npg;
2198         int domain, i, j, pages;
2199
2200         /*
2201          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
2202          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
2203          * different power of two, the code below needs to be revisited.
2204          */
2205         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
2206
2207         /*
2208          * Calculate the size of the array.
2209          */
2210         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
2211         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
2212         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
2213         s = round_page(s);
2214         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
2215         if (pv_table == NULL)
2216                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
2217
2218         /*
2219          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
2220          */
2221         highest = -1;
2222         s = 0;
2223         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
2224                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
2225                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
2226
2227                 if (highest >= end)
2228                         continue;
2229
2230                 start = highest + 1;
2231                 pvd = &pv_table[start];
2232
2233                 pages = end - start + 1;
2234                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
2235                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
2236
2237                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
2238                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
2239                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
2240                         if (m == NULL)
2241                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2242                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2243                 }
2244
2245                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2246                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2247                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2248                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2249                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2250                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2251                         pvd++;
2252                 }
2253         }
2254         pvd = &pv_dummy_large;
2255         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2256         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2257         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2258         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2259         pvd->pv_invl_gen = 0;
2260 }
2261 #else
2262 static void
2263 pmap_init_pv_table(void)
2264 {
2265         vm_size_t s;
2266         long i, pv_npg;
2267
2268         /*
2269          * Initialize the pool of pv list locks.
2270          */
2271         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2272                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2273
2274         /*
2275          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2276          */
2277         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2278
2279         /*
2280          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2281          */
2282         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2283         s = round_page(s);
2284         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2285         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2286                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2287         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2288 }
2289 #endif
2290
2291 /*
2292  *      Initialize the pmap module.
2293  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2294  *      system needs to map virtual memory.
2295  */
2296 void
2297 pmap_init(void)
2298 {
2299         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2300         vm_page_t m, mpte;
2301         int error, i, ret, skz63;
2302
2303         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2304         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2305
2306         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2307         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2308             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2309                 /*
2310                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2311                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2312                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2313                  *
2314                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2315                  * seems to be impossible to distinguish between
2316                  * Skylake Server and Skylake X.
2317                  */
2318                 skz63 = 1;
2319                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2320                 if (skz63 != 0) {
2321                         if (bootverbose)
2322                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2323                                     "at physical 1G\n");
2324                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2325                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2326                                     ptoa(i), FALSE);
2327                                 if (!ret && bootverbose)
2328                                         printf("page at %#lx already used\n",
2329                                             0x40000000 + ptoa(i));
2330                         }
2331                 }
2332         }
2333
2334         /* IFU */
2335         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2336
2337         /*
2338          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2339          * page table pages.
2340          */ 
2341         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2342         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2343                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2344                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2345                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2346                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2347                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2348                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2349                 mpte->ref_count = 1;
2350
2351                 /*
2352                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2353                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2354                  */
2355                 if ((vm_paddr_t)i << PDRSHIFT < KERNend &&
2356                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2357                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2358         }
2359         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2360         vm_wire_add(nkpt);
2361
2362         /*
2363          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2364          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2365          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2366          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2367          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2368          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2369          * or newer AMD processors.
2370          */
2371         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2372             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2373             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2374             AMDID2_FMA4)) == 0)
2375                 workaround_erratum383 = 1;
2376
2377         /*
2378          * Are large page mappings enabled?
2379          */
2380         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2381         if (pg_ps_enabled) {
2382                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2383                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2384                 pagesizes[1] = NBPDR;
2385         }
2386
2387         /*
2388          * Initialize pv chunk lists.
2389          */
2390         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2391                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2392                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2393         }
2394         pmap_init_pv_table();
2395
2396         pmap_initialized = 1;
2397         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2398                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2399                 if (ppim->va == 0)
2400                         continue;
2401                 /* Make the direct map consistent */
2402                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2403                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2404                             ppim->sz, ppim->mode);
2405                 }
2406                 if (!bootverbose)
2407                         continue;
2408                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2409                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2410         }
2411
2412         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2413         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2414             (vmem_addr_t *)&qframe);
2415         if (error != 0)
2416                 panic("qframe allocation failed");
2417
2418         lm_ents = 8;
2419         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2420         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2421                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2422         if (bootverbose)
2423                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2424                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2425         if (lm_ents != 0) {
2426                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2427                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2428                 if (large_vmem == NULL) {
2429                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2430                         lm_ents = 0;
2431                 }
2432                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2433                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2434                         /* XXXKIB la57 */
2435                         kernel_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2436                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2437                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2438                 }
2439         }
2440 }
2441
2442 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2443     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2444     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2445     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2446
2447 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2448     "2MB page mapping counters");
2449
2450 static u_long pmap_pde_demotions;
2451 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2452     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2453
2454 static u_long pmap_pde_mappings;
2455 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2456     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2457
2458 static u_long pmap_pde_p_failures;
2459 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2460     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2461
2462 static u_long pmap_pde_promotions;
2463 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2464     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2465
2466 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2467     "1GB page mapping counters");
2468
2469 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2470 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2471     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2472
2473 /***************************************************
2474  * Low level helper routines.....
2475  ***************************************************/
2476
2477 static pt_entry_t
2478 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2479 {
2480         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2481
2482         switch (pmap->pm_type) {
2483         case PT_X86:
2484         case PT_RVI:
2485                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2486                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2487                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2488
2489                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2490                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2491                         entry ^= x86_pat_bits;
2492                 break;
2493         case PT_EPT:
2494                 /*
2495                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2496                  * the same way for regular pages and superpages.
2497                  */
2498                 break;
2499         default:
2500                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2501         }
2502
2503         return (entry);
2504 }
2505
2506 boolean_t
2507 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2508 {
2509
2510         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2511             pat_index[(int)mode] >= 0);
2512 }
2513
2514 /*
2515  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2516  * caching mode.
2517  */
2518 int
2519 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2520 {
2521         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2522
2523         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2524                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2525
2526         switch (pmap->pm_type) {
2527         case PT_X86:
2528         case PT_RVI:
2529                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2530                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2531
2532                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2533                 pat_idx = pat_index[mode];
2534
2535                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2536                 cache_bits = 0;
2537                 if (pat_idx & 0x4)
2538                         cache_bits |= pat_flag;
2539                 if (pat_idx & 0x2)
2540                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2541                 if (pat_idx & 0x1)
2542                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2543                 break;
2544
2545         case PT_EPT:
2546                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2547                 break;
2548
2549         default:
2550                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2551         }
2552
2553         return (cache_bits);
2554 }
2555
2556 static int
2557 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2558 {
2559         int mask;
2560
2561         switch (pmap->pm_type) {
2562         case PT_X86:
2563         case PT_RVI:
2564                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2565                 break;
2566         case PT_EPT:
2567                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2568                 break;
2569         default:
2570                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2571         }
2572
2573         return (mask);
2574 }
2575
2576 static int
2577 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2578 {
2579         int pat_flag, pat_idx;
2580
2581         pat_idx = 0;
2582         switch (pmap->pm_type) {
2583         case PT_X86:
2584         case PT_RVI:
2585                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2586                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2587
2588                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2589                         pat_idx |= 0x4;
2590                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2591                         pat_idx |= 0x2;
2592                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2593                         pat_idx |= 0x1;
2594                 break;
2595         case PT_EPT:
2596                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2597                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2598                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2599                 break;
2600         }
2601
2602         /* See pmap_init_pat(). */
2603         if (pat_idx == 4)
2604                 pat_idx = 0;
2605         if (pat_idx == 7)
2606                 pat_idx = 3;
2607
2608         return (pat_idx);
2609 }
2610
2611 bool
2612 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2613 {
2614
2615         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2616 }
2617
2618 static void
2619 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2620 {
2621
2622         switch (pmap->pm_type) {
2623         case PT_X86:
2624                 break;
2625         case PT_RVI:
2626         case PT_EPT:
2627                 /*
2628                  * XXX
2629                  * This is a little bogus since the generation number is
2630                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2631                  * space is invalidated in the page tables.
2632                  *
2633                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2634                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2635                  * invalidated in the TLB.
2636                  *
2637                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2638                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2639                  * side-effect.
2640                  */
2641                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2642                 break;
2643         default:
2644                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2645         }
2646         pde_store(pde, newpde);
2647 }
2648
2649 /*
2650  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2651  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2652  * calling processor's TLB is affected.
2653  *
2654  * The calling thread must be pinned to a processor.
2655  */
2656 static void
2657 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2658 {
2659         pt_entry_t PG_G;
2660
2661         if (pmap_type_guest(pmap))
2662                 return;
2663
2664         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2665             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2666
2667         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2668
2669         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2670                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2671                 invlpg(va);
2672         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2673                 /*
2674                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2675                  * because there are too many to flush individually.
2676                  */
2677                 invltlb();
2678         else {
2679                 /*
2680                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2681                  * including any global (PG_G) mappings.
2682                  */
2683                 invltlb_glob();
2684         }
2685 }
2686 #ifdef SMP
2687
2688 /*
2689  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2690  *
2691  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2692  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2693  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2694  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2695  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2696  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2697  * one of the following functions but before a store updating the page
2698  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2699  * processor before its pm_active field is checked but due to
2700  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2701  * pmap as inactive on the other processor.
2702  * 
2703  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2704  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2705  * processor.
2706  */
2707
2708 /*
2709  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2710  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2711  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2712  */
2713 static __inline void
2714 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2715 {
2716         int ipinum;
2717
2718         sched_pin();
2719         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2720             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2721
2722         /*
2723          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2724          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2725          *
2726          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2727          * are flushed from the TLB on each context switch.
2728          *
2729          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2730          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2731          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2732          *
2733          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2734          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2735          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2736          */
2737         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2738
2739         /*
2740          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2741          */
2742         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2743         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2744         sched_unpin();
2745 }
2746
2747 static cpuset_t
2748 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2749 {
2750
2751         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2752 }
2753
2754 static inline void
2755 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2756     const bool invpcid_works1)
2757 {
2758         struct invpcid_descr d;
2759         uint64_t kcr3, ucr3;
2760         uint32_t pcid;
2761         u_int cpuid, i;
2762
2763         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2764         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2765                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2766                     /*
2767                      * If we context-switched right after
2768                      * PCPU_GET(ucr3_load_mask), we could read the
2769                      * ~CR3_PCID_SAVE mask, which causes us to skip
2770                      * the code below to invalidate user pages.  This
2771                      * is handled in pmap_activate_sw_pcid_pti() by
2772                      * clearing pm_gen if ucr3_load_mask is ~CR3_PCID_SAVE.
2773                      */
2774                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2775                         /*
2776                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2777                          * context switch, we must disable switching.
2778                          * Otherwise, we might use a stale value
2779                          * below.
2780                          */
2781                         critical_enter();
2782                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2783                         if (invpcid_works1) {
2784                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2785                                 d.pad = 0;
2786                                 d.addr = va;
2787                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2788                         } else {
2789                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2790                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2791                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2792                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2793                         }
2794                         critical_exit();
2795                 }
2796         } else
2797                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2798
2799         CPU_FOREACH(i) {
2800                 if (cpuid != i)
2801                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2802         }
2803
2804         /*
2805          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2806          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2807          * for us to miss the bit update in pm_active and
2808          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2809          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2810          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2811          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2812          * the reciprocal fence.
2813          */
2814         atomic_thread_fence_seq_cst();
2815 }
2816
2817 static void
2818 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2819 {
2820
2821         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2822 }
2823
2824 static void
2825 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2826 {
2827
2828         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2829 }
2830
2831 static void
2832 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2833 {
2834 }
2835
2836 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2837 {
2838
2839         if (pmap_pcid_enabled)
2840                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2841                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2842         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2843 }
2844
2845 static void
2846 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2847     vm_offset_t addr2 __unused)
2848 {
2849
2850         if (pmap == kernel_pmap) {
2851                 invlpg(va);
2852         } else {
2853                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2854                         invlpg(va);
2855                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2856         }
2857 }
2858
2859 void
2860 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2861 {
2862
2863         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2864                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2865                 return;
2866         }
2867
2868         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2869             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2870
2871         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2872             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2873 }
2874
2875 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2876 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2877
2878 static void
2879 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2880     const bool invpcid_works1)
2881 {
2882         struct invpcid_descr d;
2883         uint64_t kcr3, ucr3;
2884         uint32_t pcid;
2885         u_int cpuid, i;
2886
2887         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2888         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2889                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2890                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2891                         critical_enter();
2892                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2893                         if (invpcid_works1) {
2894                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2895                                 d.pad = 0;
2896                                 d.addr = sva;
2897                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2898                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2899                         } else {
2900                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2901                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2902                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2903                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2904                         }
2905                         critical_exit();
2906                 }
2907         } else
2908                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2909
2910         CPU_FOREACH(i) {
2911                 if (cpuid != i)
2912                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2913         }
2914         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2915         atomic_thread_fence_seq_cst();
2916 }
2917
2918 static void
2919 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2920     vm_offset_t eva)
2921 {
2922
2923         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2924 }
2925
2926 static void
2927 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2928     vm_offset_t eva)
2929 {
2930
2931         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2932 }
2933
2934 static void
2935 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2936 {
2937 }
2938
2939 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2940     vm_offset_t))
2941 {
2942
2943         if (pmap_pcid_enabled)
2944                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2945                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2946         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2947 }
2948
2949 static void
2950 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2951 {
2952         vm_offset_t addr;
2953
2954         if (pmap == kernel_pmap) {
2955                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2956                         invlpg(addr);
2957         } else {
2958                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2959                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2960                                 invlpg(addr);
2961                 }
2962                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2963         }
2964 }
2965
2966 void
2967 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2968 {
2969
2970         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2971                 pmap_invalidate_all(pmap);
2972                 return;
2973         }
2974
2975         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2976                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2977                 return;
2978         }
2979
2980         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2981             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2982
2983         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
2984             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
2985 }
2986
2987 static inline void
2988 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2989 {
2990         struct invpcid_descr d;
2991         uint64_t kcr3;
2992         uint32_t pcid;
2993         u_int cpuid, i;
2994
2995         if (pmap == kernel_pmap) {
2996                 if (invpcid_works1) {
2997                         bzero(&d, sizeof(d));
2998                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2999                 } else {
3000                         invltlb_glob();
3001                 }
3002         } else {
3003                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3004                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3005                         critical_enter();
3006                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
3007                         if (invpcid_works1) {
3008                                 d.pcid = pcid;
3009                                 d.pad = 0;
3010                                 d.addr = 0;
3011                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3012                         } else {
3013                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
3014                                 load_cr3(kcr3);
3015                         }
3016                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3017                                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
3018                         critical_exit();
3019                 } else
3020                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
3021                 CPU_FOREACH(i) {
3022                         if (cpuid != i)
3023                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3024                 }
3025         }
3026         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
3027         atomic_thread_fence_seq_cst();
3028 }
3029
3030 static void
3031 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
3032 {
3033
3034         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
3035 }
3036
3037 static void
3038 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
3039 {
3040
3041         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
3042 }
3043
3044 static void
3045 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
3046 {
3047
3048         if (pmap == kernel_pmap)
3049                 invltlb_glob();
3050         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
3051                 invltlb();
3052 }
3053
3054 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
3055 {
3056
3057         if (pmap_pcid_enabled)
3058                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
3059                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
3060         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
3061 }
3062
3063 static void
3064 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
3065     vm_offset_t addr2 __unused)
3066 {
3067
3068         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
3069 }
3070
3071 void
3072 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3073 {
3074
3075         if (pmap_type_guest(pmap)) {
3076                 pmap_invalidate_ept(pmap);
3077                 return;
3078         }
3079
3080         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3081             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
3082
3083         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
3084             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
3085 }
3086
3087 static void
3088 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
3089     vm_offset_t addr2 __unused)
3090 {
3091
3092         wbinvd();
3093 }
3094
3095 void
3096 pmap_invalidate_cache(void)
3097 {
3098
3099         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
3100 }
3101
3102 struct pde_action {
3103         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
3104         pmap_t pmap;
3105         vm_offset_t va;
3106         pd_entry_t *pde;
3107         pd_entry_t newpde;
3108         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
3109 };
3110
3111 static void
3112 pmap_update_pde_action(void *arg)
3113 {
3114         struct pde_action *act = arg;
3115
3116         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
3117                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
3118 }
3119
3120 static void
3121 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
3122 {
3123         struct pde_action *act = arg;
3124
3125         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
3126                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
3131  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
3132  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
3133  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
3134  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
3135  * hardware error.
3136  */
3137 static void
3138 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3139 {
3140         struct pde_action act;
3141         cpuset_t active, other_cpus;
3142         u_int cpuid;
3143
3144         sched_pin();
3145         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
3146         other_cpus = all_cpus;
3147         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
3148         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
3149                 active = all_cpus;
3150         else {
3151                 active = pmap->pm_active;
3152         }
3153         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
3154                 act.store = cpuid;
3155                 act.invalidate = active;
3156                 act.va = va;
3157                 act.pmap = pmap;
3158                 act.pde = pde;
3159                 act.newpde = newpde;
3160                 CPU_SET(cpuid, &active);
3161                 smp_rendezvous_cpus(active,
3162                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
3163                     pmap_update_pde_teardown, &act);
3164         } else {
3165                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3166                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
3167                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3168         }
3169         sched_unpin();
3170 }
3171 #else /* !SMP */
3172 /*
3173  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
3174  */
3175 void
3176 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3177 {
3178         struct invpcid_descr d;
3179         uint64_t kcr3, ucr3;
3180         uint32_t pcid;
3181
3182         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3183                 pmap->pm_eptgen++;
3184                 return;
3185         }
3186         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3187             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3188
3189         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3190                 invlpg(va);
3191                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3192                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3193                         critical_enter();
3194                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3195                         if (invpcid_works) {
3196                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3197                                 d.pad = 0;
3198                                 d.addr = va;
3199                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3200                         } else {
3201                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
3202                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
3203                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3204                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
3205                         }
3206                         critical_exit();
3207                 }
3208         } else if (pmap_pcid_enabled)
3209                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3210 }
3211
3212 void
3213 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3214 {
3215         struct invpcid_descr d;
3216         vm_offset_t addr;
3217         uint64_t kcr3, ucr3;
3218
3219         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3220                 pmap->pm_eptgen++;
3221                 return;
3222         }
3223         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3224             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
3225
3226         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3227                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
3228                         invlpg(addr);
3229                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
3230                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3231                         critical_enter();
3232                         if (invpcid_works) {
3233                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
3234                                     PMAP_PCID_USER_PT;
3235                                 d.pad = 0;
3236                                 d.addr = sva;
3237                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
3238                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
3239                         } else {
3240                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
3241                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3242                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3243                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3244                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3245                         }
3246                         critical_exit();
3247                 }
3248         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3249                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3250         }
3251 }
3252
3253 void
3254 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3255 {
3256         struct invpcid_descr d;
3257         uint64_t kcr3, ucr3;
3258
3259         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3260                 pmap->pm_eptgen++;
3261                 return;
3262         }
3263         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3264             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3265
3266         if (pmap == kernel_pmap) {
3267                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3268                         bzero(&d, sizeof(d));
3269                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3270                 } else {
3271                         invltlb_glob();
3272                 }
3273         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3274                 if (pmap_pcid_enabled) {
3275                         critical_enter();
3276                         if (invpcid_works) {
3277                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3278                                 d.pad = 0;
3279                                 d.addr = 0;
3280                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3281                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3282                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3283                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3284                                 }
3285                         } else {
3286                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3287                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3288                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3289                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3290                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3291                                 } else
3292                                         load_cr3(kcr3);
3293                         }
3294                         critical_exit();
3295                 } else {
3296                         invltlb();
3297                 }
3298         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3299                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3300         }
3301 }
3302
3303 PMAP_INLINE void
3304 pmap_invalidate_cache(void)
3305 {
3306
3307         wbinvd();
3308 }
3309
3310 static void
3311 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3312 {
3313
3314         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3315         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3316                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3317         else
3318                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3319 }
3320 #endif /* !SMP */
3321
3322 static void
3323 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3324 {
3325
3326         /*
3327          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3328          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3329          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3330          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3331          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3332          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3333          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3334          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3335          * TLB.
3336          */
3337         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3338                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3339         else
3340                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3341 }
3342
3343 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3344     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3345 {
3346
3347         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3348                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3349         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3350                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3351         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3352 }
3353
3354 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3355
3356 static void
3357 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3358 {
3359
3360         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3361             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3362         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3363             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3364 }
3365
3366 static void
3367 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3368 {
3369
3370         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3371 }
3372
3373 void
3374 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3375 {
3376
3377         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3378
3379         /*
3380          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3381          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3382          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3383          * for that range anyway.
3384          */
3385         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3386                 return;
3387
3388         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3389                 /*
3390                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3391                  * instruction to insure that previous stores are
3392                  * included in the write-back.  The processor
3393                  * propagates flush to other processors in the cache
3394                  * coherence domain.
3395                  */
3396                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3397                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3398                         clflushopt(sva);
3399                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3400         } else {
3401                 /*
3402                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3403                  */
3404                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3405                         mfence();
3406                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3407                         clflush(sva);
3408                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3409                         mfence();
3410         }
3411 }
3412
3413 static void
3414 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3415 {
3416
3417         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3418         pmap_invalidate_cache();
3419 }
3420
3421 /*
3422  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3423  *
3424  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3425  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3426  * when moving pages into a different cache domain.
3427  */
3428 void
3429 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3430 {
3431         vm_offset_t daddr, eva;
3432         int i;
3433         bool useclflushopt;
3434
3435         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3436         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3437             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3438                 pmap_invalidate_cache();
3439         else {
3440                 if (useclflushopt)
3441                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3442                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3443                         mfence();
3444                 for (i = 0; i < count; i++) {
3445                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3446                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3447                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3448                                 if (useclflushopt)
3449                                         clflushopt(daddr);
3450                                 else
3451                                         clflush(daddr);
3452                         }
3453                 }
3454                 if (useclflushopt)
3455                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3456                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3457                         mfence();
3458         }
3459 }
3460
3461 void
3462 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3463 {
3464
3465         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3466
3467         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3468                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3469                 return;
3470         }
3471
3472         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3473         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3474                 return;
3475
3476         atomic_thread_fence_seq_cst();
3477         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3478                 clwb(sva);
3479         atomic_thread_fence_seq_cst();
3480 }
3481
3482 void
3483 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3484 {
3485         pt_entry_t *pte;
3486         vm_offset_t vaddr;
3487         int error, pte_bits;
3488
3489         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3490             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3491         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3492             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3493
3494         if (spa < dmaplimit) {
3495                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3496                     dmaplimit, epa)));
3497                 if (dmaplimit >= epa)
3498                         return;
3499                 spa = dmaplimit;
3500         }
3501
3502         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3503             X86_PG_V;
3504         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3505             &vaddr);
3506         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3507         pte = vtopte(vaddr);
3508         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3509                 sched_pin();
3510                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3511                 invlpg(vaddr);
3512                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3513                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3514                 sched_unpin();
3515         }
3516         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3517 }
3518
3519 /*
3520  *      Routine:        pmap_extract
3521  *      Function:
3522  *              Extract the physical page address associated
3523  *              with the given map/virtual_address pair.
3524  */
3525 vm_paddr_t 
3526 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3527 {
3528         pdp_entry_t *pdpe;
3529         pd_entry_t *pde;
3530         pt_entry_t *pte, PG_V;
3531         vm_paddr_t pa;
3532
3533         pa = 0;
3534         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3535         PMAP_LOCK(pmap);
3536         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3537         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3538                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3539                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3540                 else {
3541                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3542                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3543                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3544                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3545                                             (va & PDRMASK);
3546                                 } else {
3547                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3548                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3549                                             (va & PAGE_MASK);
3550                                 }
3551                         }
3552                 }
3553         }
3554         PMAP_UNLOCK(pmap);
3555         return (pa);
3556 }
3557
3558 /*
3559  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3560  *      Function:
3561  *              Atomically extract and hold the physical page
3562  *              with the given pmap and virtual address pair
3563  *              if that mapping permits the given protection.
3564  */
3565 vm_page_t
3566 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3567 {
3568         pd_entry_t pde, *pdep;
3569         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3570         vm_page_t m;
3571
3572         m = NULL;
3573         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3574         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3575
3576         PMAP_LOCK(pmap);
3577         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3578         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3579                 if (pde & PG_PS) {
3580                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3581                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3582                                     (va & PDRMASK));
3583                 } else {
3584                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3585                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3586                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3587                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3588                 }
3589                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3590                         m = NULL;
3591         }
3592         PMAP_UNLOCK(pmap);
3593         return (m);
3594 }
3595
3596 vm_paddr_t
3597 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3598 {
3599         pd_entry_t pde;
3600         vm_paddr_t pa;
3601
3602         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3603                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3604         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3605                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3606         } else {
3607                 pde = *vtopde(va);
3608                 if (pde & PG_PS) {
3609                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3610                 } else {
3611                         /*
3612                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3613                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3614                          * be used to access the PTE because it would use the
3615                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3616                          * because the page table page is preserved by the
3617                          * promotion.
3618                          */
3619                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3620                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3621                 }
3622         }
3623         return (pa);
3624 }
3625
3626 /***************************************************
3627  * Low level mapping routines.....
3628  ***************************************************/
3629
3630 /*
3631  * Add a wired page to the kva.
3632  * Note: not SMP coherent.
3633  */
3634 PMAP_INLINE void 
3635 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3636 {
3637         pt_entry_t *pte;
3638
3639         pte = vtopte(va);
3640         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3641 }
3642
3643 static __inline void
3644 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3645 {
3646         pt_entry_t *pte;
3647         int cache_bits;
3648
3649         pte = vtopte(va);
3650         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3651         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3652 }
3653
3654 /*
3655  * Remove a page from the kernel pagetables.
3656  * Note: not SMP coherent.
3657  */
3658 PMAP_INLINE void
3659 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3660 {
3661         pt_entry_t *pte;
3662
3663         pte = vtopte(va);
3664         pte_clear(pte);
3665 }
3666
3667 /*
3668  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3669  *      virtual address space.
3670  *
3671  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3672  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3673  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3674  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3675  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3676  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3677  *      region.
3678  */
3679 vm_offset_t
3680 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3681 {
3682         return PHYS_TO_DMAP(start);
3683 }
3684
3685
3686 /*
3687  * Add a list of wired pages to the kva
3688  * this routine is only used for temporary
3689  * kernel mappings that do not need to have
3690  * page modification or references recorded.
3691  * Note that old mappings are simply written
3692  * over.  The page *must* be wired.
3693  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3694  */
3695 void
3696 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3697 {
3698         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3699         vm_page_t m;
3700         int cache_bits;
3701
3702         oldpte = 0;
3703         pte = vtopte(sva);
3704         endpte = pte + count;
3705         while (pte < endpte) {
3706                 m = *ma++;
3707                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3708                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3709                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3710                         oldpte |= *pte;
3711                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3712                 }
3713                 pte++;
3714         }
3715         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3716                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3717                     PAGE_SIZE);
3718 }
3719
3720 /*
3721  * This routine tears out page mappings from the
3722  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3723  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3724  */
3725 void
3726 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3727 {
3728         vm_offset_t va;
3729
3730         va = sva;
3731         while (count-- > 0) {
3732                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3733                 pmap_kremove(va);
3734                 va += PAGE_SIZE;
3735         }
3736         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3737 }
3738
3739 /***************************************************
3740  * Page table page management routines.....
3741  ***************************************************/
3742 /*
3743  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3744  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3745  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3746  */
3747 static __inline void
3748 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3749     boolean_t set_PG_ZERO)
3750 {
3751
3752         if (set_PG_ZERO)
3753                 m->flags |= PG_ZERO;
3754         else
3755                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3756         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3757 }
3758         
3759 /*
3760  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3761  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3762  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3763  * ordered by this virtual address range.
3764  *
3765  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3766  */
3767 static __inline int
3768 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3769 {
3770
3771         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3772         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3773         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3774 }
3775
3776 /*
3777  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3778  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3779  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3780  * specified virtual address.
3781  */
3782 static __inline vm_page_t
3783 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3784 {
3785
3786         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3787         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3788 }
3789
3790 /*
3791  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3792  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3793  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3794  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3795  */
3796 static inline boolean_t
3797 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3798 {
3799
3800         --m->ref_count;
3801         if (m->ref_count == 0) {
3802                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3803                 return (TRUE);
3804         } else
3805                 return (FALSE);
3806 }
3807
3808 static void
3809 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3810 {
3811         pml5_entry_t *pml5;
3812         pml4_entry_t *pml4;
3813         pdp_entry_t *pdp;
3814         pd_entry_t *pd;
3815         vm_page_t pdpg, pdppg, pml4pg;
3816
3817         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3818
3819         /*
3820          * unmap the page table page
3821          */
3822         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
3823                 /* PML4 page */
3824                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
3825                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
3826                 *pml5 = 0;
3827                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3828                         pml5 = pmap_pml5e_u(pmap, va);
3829                         *pml5 = 0;
3830                 }
3831         } else if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3832                 /* PDP page */
3833                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3834                 *pml4 = 0;
3835                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
3836                     va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3837                         pml4 = pmap_pml4e_u(pmap, va);
3838                         *pml4 = 0;
3839                 }
3840         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3841                 /* PD page */
3842                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3843                 *pdp = 0;
3844         } else {
3845                 /* PTE page */
3846                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3847                 *pd = 0;
3848         }
3849         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3850         if (m->pindex < NUPDE) {
3851                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3852                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3853                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3854         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3855                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3856                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3857                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3858         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE + NUPML4E && pmap_is_la57(pmap)) {
3859                 /* We just released a PDP, unhold the matching PML4 */
3860                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml5e(pmap, va) & PG_FRAME);
3861                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pml4pg, free);
3862         }
3863
3864         /* 
3865          * Put page on a list so that it is released after
3866          * *ALL* TLB shootdown is done
3867          */
3868         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3869 }
3870
3871 /*
3872  * After removing a page table entry, this routine is used to
3873  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3874  */
3875 static int
3876 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3877     struct spglist *free)
3878 {
3879         vm_page_t mpte;
3880
3881         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3882                 return (0);
3883         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3884         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3885         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3886 }
3887
3888 /*
3889  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3890  * mapping.
3891  */
3892 static void
3893 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3894 {
3895         struct spglist free;
3896
3897         SLIST_INIT(&free);
3898         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3899                 /*
3900                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3901                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3902                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3903                  */
3904                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3905                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3906         }
3907 }
3908
3909 void
3910 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3911 {
3912         struct proc *p;
3913         struct thread *td;
3914         int i;
3915
3916         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3917         pmap->pm_pmltop = kernel_pmap->pm_pmltop;
3918         pmap->pm_pmltopu = NULL;
3919         pmap->pm_cr3 = kernel_pmap->pm_cr3;
3920         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3921         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3922         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3923         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3924         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3925         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3926         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3927         CPU_FOREACH(i) {
3928                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3929                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3930         }
3931         pmap_activate_boot(pmap);
3932         td = curthread;
3933         if (pti) {
3934                 p = td->td_proc;
3935                 PROC_LOCK(p);
3936                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3937                 PROC_UNLOCK(p);
3938         }
3939         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3940
3941         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3942                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3943                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3944                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3945         }
3946 }
3947
3948 void
3949 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3950 {
3951         pml4_entry_t *pm_pml4;
3952         int i;
3953
3954         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3955
3956         /* Wire in kernel global address entries. */
3957         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3958                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3959                     X86_PG_V;
3960         }
3961         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3962                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3963                     X86_PG_V;
3964         }
3965
3966         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3967         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3968             X86_PG_A | X86_PG_M;
3969
3970         /* install large map entries if configured */
3971         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3972                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i];
3973 }
3974
3975 void
3976 pmap_pinit_pml5(vm_page_t pml5pg)
3977 {
3978         pml5_entry_t *pm_pml5;
3979
3980         pm_pml5 = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg));
3981
3982         /*
3983          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 table,
3984          * entering all existing kernel mappings into level 5 table.
3985          */
3986         pm_pml5[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = KPML4phys | X86_PG_V |
3987             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
3988             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
3989
3990         /* 
3991          * Install self-referential address mapping entry.
3992          */
3993         pm_pml5[PML5PML5I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pg) |
3994             X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_M | X86_PG_A |
3995             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
3996 }
3997
3998 static void
3999 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pgu)
4000 {
4001         pml4_entry_t *pm_pml4u;
4002         int i;
4003
4004         pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
4005         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
4006                 pm_pml4u[i] = pti_pml4[i];
4007 }
4008
4009 static void
4010 pmap_pinit_pml5_pti(vm_page_t pml5pgu)
4011 {
4012         pml5_entry_t *pm_pml5u;
4013
4014         pm_pml5u = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml5pgu));
4015
4016         /*
4017          * Add pml5 entry at top of KVA pointing to existing pml4 pti
4018          * table, entering all kernel mappings needed for usermode
4019          * into level 5 table.
4020          */
4021         pm_pml5u[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] =
4022             pmap_kextract((vm_offset_t)pti_pml4) |
4023             X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_g |
4024             pmap_cache_bits(kernel_pmap, VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
4025 }
4026
4027 /*
4028  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
4029  * such as one in a vmspace structure.
4030  */
4031 int
4032 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
4033 {
4034         vm_page_t pmltop_pg, pmltop_pgu;
4035         vm_paddr_t pmltop_phys;
4036         int i;
4037
4038         /*
4039          * allocate the page directory page
4040          */
4041         pmltop_pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4042             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
4043
4044         pmltop_phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pg);
4045         pmap->pm_pmltop = (pml5_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmltop_phys);
4046
4047         CPU_FOREACH(i) {
4048                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
4049                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
4050         }
4051         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
4052         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
4053         pmap->pm_pmltopu = NULL;
4054
4055         pmap->pm_type = pm_type;
4056         if ((pmltop_pg->flags & PG_ZERO) == 0)
4057                 pagezero(pmap->pm_pmltop);
4058
4059         /*
4060          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
4061          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
4062          * address space.
4063          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
4064          */
4065         if (pm_type == PT_X86) {
4066                 pmap->pm_cr3 = pmltop_phys;
4067                 if (pmap_is_la57(pmap))
4068                         pmap_pinit_pml5(pmltop_pg);
4069                 else
4070                         pmap_pinit_pml4(pmltop_pg);
4071                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
4072                         pmltop_pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
4073                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
4074                         pmap->pm_pmltopu = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
4075                             VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu));
4076                         if (pmap_is_la57(pmap))
4077                                 pmap_pinit_pml5_pti(pmltop_pgu);
4078                         else
4079                                 pmap_pinit_pml4_pti(pmltop_pgu);
4080                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pmltop_pgu);
4081                 }
4082                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
4083                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
4084                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
4085                 }
4086         }
4087
4088         pmap->pm_root.rt_root = 0;
4089         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
4090         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
4091         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
4092         pmap->pm_flags = flags;
4093         pmap->pm_eptgen = 0;
4094
4095         return (1);
4096 }
4097
4098 int
4099 pmap_pinit(pmap_t pmap)
4100 {
4101
4102         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
4103 }
4104
4105 static pml4_entry_t *
4106 pmap_allocpte_getpml4(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4107     bool addref)
4108 {
4109         vm_pindex_t pml5index;
4110         pml5_entry_t *pml5;
4111         pml4_entry_t *pml4;
4112         vm_page_t pml4pg;
4113         pt_entry_t PG_V;
4114         bool allocated;
4115
4116         if (!pmap_is_la57(pmap))
4117                 return (&pmap->pm_pmltop[pmap_pml4e_index(va)]);
4118
4119         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4120         pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4121         pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4122         if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
4123                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml5e_pindex(va), lockp, va) ==
4124                     NULL)
4125                         return (NULL);
4126                 allocated = true;
4127         } else {
4128                 allocated = false;
4129         }
4130         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml5 & PG_FRAME);
4131         pml4 = &pml4[pmap_pml4e_index(va)];
4132         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4133                 pml4pg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml5 & PG_FRAME);
4134                 if (allocated && !addref)
4135                         pml4pg->ref_count--;
4136                 else if (!allocated && addref)
4137                         pml4pg->ref_count++;
4138         }
4139         return (pml4);
4140 }
4141
4142 static pdp_entry_t *
4143 pmap_allocpte_getpdp(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp, vm_offset_t va,
4144     bool addref)
4145 {
4146         vm_page_t pdppg;
4147         pml4_entry_t *pml4;
4148         pdp_entry_t *pdp;
4149         pt_entry_t PG_V;
4150         bool allocated;
4151
4152         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4153
4154         pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, false);
4155         if (pml4 == NULL)
4156                 return (NULL);
4157
4158         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
4159                 /* Have to allocate a new pdp, recurse */
4160                 if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pml4e_pindex(va), lockp, va) ==
4161                     NULL)
4162                         return (NULL);
4163                 allocated = true;
4164         } else {
4165                 allocated = false;
4166         }
4167         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
4168         pdp = &pdp[pmap_pdpe_index(va)];
4169         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4170                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
4171                 if (allocated && !addref)
4172                         pdppg->ref_count--;
4173                 else if (!allocated && addref)
4174                         pdppg->ref_count++;
4175         }
4176         return (pdp);
4177 }
4178
4179 /*
4180  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
4181  *
4182  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
4183  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
4184  *
4185  * Note: If a page allocation fails at page table level two, three, or four,
4186  * up to three pages may be held during the wait, only to be released
4187  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
4188  * race conditions.
4189  *
4190  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
4191  * while translating virtual address va are defined as follows:
4192  * - for the page table page (last level),
4193  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
4194  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
4195  *   table page.
4196  * - for the page directory page,
4197  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
4198  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
4199  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
4200  * - for the page directory pointer page,
4201  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
4202  *          NPML4EPGSHIFT),
4203  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE,
4204  * - for the PML4 page (if LA57 mode is enabled),
4205  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + NUPML4E + (pmap_pde_index(va) >>
4206  *          (NPDEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT + NPML5EPGSHIFT),
4207  *   i.e. index of pml5e is put after the last index of PML4E.
4208  *
4209  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
4210  * same height are put together, then heights are put from deepest to
4211  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
4212  * corresponding paging entry in this order.
4213  *
4214  * The values of NUPDE, NUPDPE, and NUPML4E are determined by the size of
4215  * LA57 paging structures even in LA48 paging mode. Moreover, the
4216  * ptepindexes are calculated as if the paging structures were 5-level
4217  * regardless of the actual mode of operation.
4218  *
4219  * The root page at PML4/PML5 does not participate in this indexing scheme,
4220  * since it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
4221  */
4222 static vm_page_t
4223 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp,
4224     vm_offset_t va __unused)
4225 {
4226         vm_pindex_t pml5index, pml4index;
4227         pml5_entry_t *pml5, *pml5u;
4228         pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
4229         pdp_entry_t *pdp;
4230         pd_entry_t *pd;
4231         vm_page_t m, pdpg;
4232         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
4233
4234         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4235
4236         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4237         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4238         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4239         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4240
4241         /*
4242          * Allocate a page table page.
4243          */
4244         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
4245             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
4246                 if (lockp != NULL) {
4247                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4248                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4249                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
4250                         vm_wait(NULL);
4251                         PMAP_LOCK(pmap);
4252                 }
4253
4254                 /*
4255                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
4256                  * page may have been allocated.
4257                  */
4258                 return (NULL);
4259         }
4260         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
4261                 pmap_zero_page(m);
4262
4263         /*
4264          * Map the pagetable page into the process address space, if
4265          * it isn't already there.
4266          */
4267         if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE + NUPML4E) {
4268                 MPASS(pmap_is_la57(pmap));
4269
4270                 pml5index = pmap_pml5e_index(va);
4271                 pml5 = &pmap->pm_pmltop[pml5index];
4272                 KASSERT((*pml5 & PG_V) == 0,
4273                     ("pmap %p va %#lx pml5 %#lx", pmap, va, *pml5));
4274                 *pml5 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4275
4276                 if (pmap->pm_pmltopu != NULL && pml5index < NUPML5E) {
4277                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4278                                 *pml5 |= pg_nx;
4279
4280                         pml5u = &pmap->pm_pmltopu[pml5index];
4281                         *pml5u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4282                             PG_A | PG_M;
4283                 }
4284         } else if (ptepindex >= NUPDE + NUPDPE) {
4285                 pml4index = pmap_pml4e_index(va);
4286                 /* Wire up a new PDPE page */
4287                 pml4 = pmap_allocpte_getpml4(pmap, lockp, va, true);
4288                 if (pml4 == NULL) {
4289                         vm_page_unwire_noq(m);
4290                         vm_page_free_zero(m);
4291                         return (NULL);
4292                 }
4293                 KASSERT((*pml4 & PG_V) == 0,
4294                     ("pmap %p va %#lx pml4 %#lx", pmap, va, *pml4));
4295                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4296
4297                 if (!pmap_is_la57(pmap) && pmap->pm_pmltopu != NULL &&
4298                     pml4index < NUPML4E) {
4299                         /*
4300                          * PTI: Make all user-space mappings in the
4301                          * kernel-mode page table no-execute so that
4302                          * we detect any programming errors that leave
4303                          * the kernel-mode page table active on return
4304                          * to user space.
4305                          */
4306                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
4307                                 *pml4 |= pg_nx;
4308
4309                         pml4u = &pmap->pm_pmltopu[pml4index];
4310                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
4311                             PG_A | PG_M;
4312                 }
4313         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
4314                 /* Wire up a new PDE page */
4315                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, true);
4316                 if (pdp == NULL) {
4317                         vm_page_unwire_noq(m);
4318                         vm_page_free_zero(m);
4319                         return (NULL);
4320                 }
4321                 KASSERT((*pdp & PG_V) == 0,
4322                     ("pmap %p va %#lx pdp %#lx", pmap, va, *pdp));
4323                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4324         } else {
4325                 /* Wire up a new PTE page */
4326                 pdp = pmap_allocpte_getpdp(pmap, lockp, va, false);
4327                 if (pdp == NULL) {
4328                         vm_page_unwire_noq(m);
4329                         vm_page_free_zero(m);
4330                         return (NULL);
4331                 }
4332                 if ((*pdp & PG_V) == 0) {
4333                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
4334                         if (_pmap_allocpte(pmap, pmap_pdpe_pindex(va),
4335                             lockp, va) == NULL) {
4336                                 vm_page_unwire_noq(m);
4337                                 vm_page_free_zero(m);
4338                                 return (NULL);
4339                         }
4340                 } else {
4341                         /* Add reference to the pd page */
4342                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
4343                         pdpg->ref_count++;
4344                 }
4345                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
4346
4347                 /* Now we know where the page directory page is */
4348                 pd = &pd[pmap_pde_index(va)];
4349                 KASSERT((*pd & PG_V) == 0,
4350                     ("pmap %p va %#lx pd %#lx", pmap, va, *pd));
4351                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
4352         }
4353
4354         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4355
4356         return (m);
4357 }
4358
4359 static pd_entry_t *
4360 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
4361     struct rwlock **lockp)
4362 {
4363         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
4364         pd_entry_t *pde;
4365         vm_page_t pdpg;
4366         vm_pindex_t pdpindex;
4367
4368         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4369
4370 retry:
4371         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
4372         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
4373                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4374                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4375                         /* Add a reference to the pd page. */
4376                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4377                         pdpg->ref_count++;
4378                 } else
4379                         pdpg = NULL;
4380         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4381                 /* Allocate a pd page. */
4382                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4383                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp, va);
4384                 if (pdpg == NULL) {
4385                         if (lockp != NULL)
4386                                 goto retry;
4387                         else
4388                                 return (NULL);
4389                 }
4390                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4391                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4392         } else
4393                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4394                     va);
4395         *pdpgp = pdpg;
4396         return (pde);
4397 }
4398
4399 static vm_page_t
4400 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4401 {
4402         vm_pindex_t ptepindex;
4403         pd_entry_t *pd, PG_V;
4404         vm_page_t m;
4405
4406         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4407
4408         /*
4409          * Calculate pagetable page index
4410          */
4411         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4412 retry:
4413         /*
4414          * Get the page directory entry
4415          */
4416         pd = pmap_pde(pmap, va);
4417
4418         /*
4419          * This supports switching from a 2MB page to a
4420          * normal 4K page.
4421          */
4422         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4423                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4424                         /*
4425                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4426                          * the deallocation of the underlying PD page.
4427                          */
4428                         pd = NULL;
4429                 }
4430         }
4431
4432         /*
4433          * If the page table page is mapped, we just increment the
4434          * hold count, and activate it.
4435          */
4436         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4437                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4438                 m->ref_count++;
4439         } else {
4440                 /*
4441                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4442                  * deallocated.
4443                  */
4444                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp, va);
4445                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4446                         goto retry;
4447         }
4448         return (m);
4449 }
4450
4451
4452 /***************************************************
4453  * Pmap allocation/deallocation routines.
4454  ***************************************************/
4455
4456 /*
4457  * Release any resources held by the given physical map.
4458  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4459  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4460  */
4461 void
4462 pmap_release(pmap_t pmap)
4463 {
4464         vm_page_t m;
4465         int i;
4466
4467         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4468             ("pmap_release: pmap %p resident count %ld != 0",
4469             pmap, pmap->pm_stats.resident_count));
4470         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4471             ("pmap_release: pmap %p has reserved page table page(s)",
4472             pmap));
4473         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4474             ("releasing active pmap %p", pmap));
4475
4476         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pmltop));
4477
4478         if (pmap_is_la57(pmap)) {
4479                 pmap->pm_pmltop[pmap_pml5e_index(UPT_MAX_ADDRESS)] = 0;
4480                 pmap->pm_pmltop[PML5PML5I] = 0;
4481         } else {
4482                 for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4483                         pmap->pm_pmltop[KPML4BASE + i] = 0;
4484                 for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4485                         pmap->pm_pmltop[DMPML4I + i] = 0;
4486                 pmap->pm_pmltop[PML4PML4I] = 0; /* Recursive Mapping */
4487                 for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4488                         pmap->pm_pmltop[LMSPML4I + i] = 0;
4489         }
4490
4491         vm_page_unwire_noq(m);
4492         vm_page_free_zero(m);
4493
4494         if (pmap->pm_pmltopu != NULL) {
4495                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->
4496                     pm_pmltopu));
4497                 vm_page_unwire_noq(m);
4498                 vm_page_free(m);
4499         }
4500         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4501             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4502                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4503 }
4504
4505 static int
4506 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4507 {
4508         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4509
4510         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4511 }
4512 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4513     0, 0, kvm_size, "LU",
4514     "Size of KVM");
4515
4516 static int
4517 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4518 {
4519         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4520
4521         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4522 }
4523 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4524     0, 0, kvm_free, "LU",
4525     "Amount of KVM free");
4526
4527 /*
4528  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4529  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4530  */
4531 void
4532 pmap_page_array_startup(long pages)
4533 {
4534         pdp_entry_t *pdpe;
4535         pd_entry_t *pde, newpdir;
4536         vm_offset_t va, start, end;
4537         vm_paddr_t pa;
4538         long pfn;
4539         int domain, i;
4540
4541         vm_page_array_size = pages;
4542
4543         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4544         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4545         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4546                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4547                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4548                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4549                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4550                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4551                         dump_add_page(pa);
4552                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4553                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4554                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4555                 }
4556                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4557                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4558                         panic("Unexpected pde");
4559                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4560                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4561                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4562                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4563                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4564                 pde_store(pde, newpdir);
4565         }
4566         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4567 }
4568
4569 /*
4570  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4571  */
4572 void
4573 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4574 {
4575         vm_paddr_t paddr;
4576         vm_page_t nkpg;
4577         pd_entry_t *pde, newpdir;
4578         pdp_entry_t *pdpe;
4579
4580         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4581
4582         /*
4583          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4584          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4585          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4586          *
4587          * The correctness of this action is based on the following
4588          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4589          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4590          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4591          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4592          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4593          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4594          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4595          * "KERNBASE".
4596          */
4597         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4598                 return;
4599
4600         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4601         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4602                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4603         while (kernel_vm_end < addr) {
4604                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4605                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4606                         /* We need a new PDP entry */
4607                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4608                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4609                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4610                         if (nkpg == NULL)
4611                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4612                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4613                                 pmap_zero_page(nkpg);
4614                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4615                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4616                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4617                         continue; /* try again */
4618                 }
4619                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4620                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4621                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4622                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4623                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4624                                 break;                       
4625                         }
4626                         continue;
4627                 }
4628
4629                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4630                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4631                     VM_ALLOC_ZERO);
4632                 if (nkpg == NULL)
4633                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4634                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4635                         pmap_zero_page(nkpg);
4636                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4637                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4638                 pde_store(pde, newpdir);
4639
4640                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4641                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4642                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4643                         break;                       
4644                 }
4645         }
4646 }
4647
4648
4649 /***************************************************
4650  * page management routines.
4651  ***************************************************/
4652
4653 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4654 CTASSERT(_NPCM == 3);
4655 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4656
4657 static __inline struct pv_chunk *
4658 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4659 {
4660
4661         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4662 }
4663
4664 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4665
4666 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4667 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4668 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4669
4670 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4671
4672 #ifdef PV_STATS
4673 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4674
4675 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4676         "Current number of pv entry chunks");
4677 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4678         "Current number of pv entry chunks allocated");
4679 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4680         "Current number of pv entry chunks frees");
4681 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4682         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4683
4684 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4685 static int pv_entry_spare;
4686
4687 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4688         "Current number of pv entry frees");
4689 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4690         "Current number of pv entry allocs");
4691 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4692         "Current number of pv entries");
4693 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4694         "Current number of spare pv entries");
4695 #endif
4696
4697 static void
4698 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4699 {
4700
4701         if (pmap == NULL)
4702                 return;
4703         pmap_invalidate_all(pmap);
4704         if (pmap != locked_pmap)
4705                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4706         if (start_di)
4707                 pmap_delayed_invl_finish();
4708 }
4709
4710 /*
4711  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4712  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4713  * another pv entry chunk.
4714  *
4715  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4716  *
4717  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4718  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4719  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4720  */
4721 static vm_page_t
4722 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4723 {
4724         struct pv_chunks_list *pvc;
4725         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4726         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4727         struct md_page *pvh;
4728         pd_entry_t *pde;
4729         pmap_t next_pmap, pmap;
4730         pt_entry_t *pte, tpte;
4731         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4732         pv_entry_t pv;
4733         vm_offset_t va;
4734         vm_page_t m, m_pc;
4735         struct spglist free;
4736         uint64_t inuse;
4737         int bit, field, freed;
4738         bool start_di, restart;
4739
4740         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4741         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4742         pmap = NULL;
4743         m_pc = NULL;
4744         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4745         SLIST_INIT(&free);
4746         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4747         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4748         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4749         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4750
4751         /*
4752          * A delayed invalidation block should already be active if
4753          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4754          * of pmap_demote_pde_locked().
4755          */
4756         start_di = pmap_not_in_di();
4757
4758         pvc = &pv_chunks[domain];
4759         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4760         pvc->active_reclaims++;
4761         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4762         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4763         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4764             SLIST_EMPTY(&free)) {
4765                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4766                 if (next_pmap == NULL) {
4767                         /*
4768                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4769                          * not our marker, so active_reclaims must be
4770                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4771                          * will not rotate the pv_chunks list.
4772                          */
4773                         goto next_chunk;
4774                 }
4775                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4776
4777                 /*
4778                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4779                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4780                  * corresponding pmap is locked.
4781                  */
4782                 if (pmap != next_pmap) {
4783                         restart = false;
4784                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4785                             start_di);
4786                         pmap = next_pmap;
4787                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4788                         if (pmap > locked_pmap) {
4789                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4790                                 PMAP_LOCK(pmap);
4791                                 if (start_di)
4792                                         pmap_delayed_invl_start();
4793                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4794                                 restart = true;
4795                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4796                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4797                                         if (start_di)
4798                                                 pmap_delayed_invl_start();
4799                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4800                                         restart = true;
4801                                 } else {
4802                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4803                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4804                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4805                                         if (pc == NULL ||
4806                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4807                                                 continue;
4808                                         goto next_chunk;
4809                                 }
4810                         } else if (start_di)
4811                                 pmap_delayed_invl_start();
4812                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4813                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4814                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4815                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4816                         if (restart)
4817                                 continue;
4818                 }
4819
4820                 /*
4821                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4822                  */
4823                 freed = 0;
4824                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4825                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4826                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4827                                 bit = bsfq(inuse);
4828                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4829                                 va = pv->pv_va;
4830                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4831                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4832                                         continue;
4833                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4834                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4835                                         continue;
4836                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4837                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4838                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4839                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4840                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4841                                         vm_page_dirty(m);
4842                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4843                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4844                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4845                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4846                                 m->md.pv_gen++;
4847                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4848                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4849                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4850                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4851                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4852                                                     PGA_WRITEABLE);
4853                                         }
4854                                 }
4855                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4856                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4857                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4858                                 freed++;
4859                         }
4860                 }
4861                 if (freed == 0) {
4862                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4863                         goto next_chunk;
4864                 }
4865                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4866                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4867                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4868                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4869                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4870                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4871                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4872                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4873                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4874                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4875                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4876                         /* Entire chunk is free; return it. */
4877                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4878                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4879                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4880                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4881                         break;
4882                 }
4883                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4884                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4885                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4886                 if (pmap == locked_pmap)
4887                         break;
4888 next_chunk:
4889                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4890                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4891                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4892                         /*
4893                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4894                          * scan the same pv chunks that could not be
4895                          * freed (because they contained a wired
4896                          * and/or superpage mapping) on every
4897                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4898                          */
4899                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4900                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4901                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4902                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4903                         }
4904                 }
4905         }
4906         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4907         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4908         pvc->active_reclaims--;
4909         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4910         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4911         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4912                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4913                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4914                 /* Recycle a freed page table page. */
4915                 m_pc->ref_count = 1;
4916         }
4917         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4918         return (m_pc);
4919 }
4920
4921 static vm_page_t
4922 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4923 {
4924         vm_page_t m;
4925         int i, domain;
4926
4927         domain = PCPU_GET(domain);
4928         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4929                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4930                 if (m != NULL)
4931                         break;
4932                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4933         }
4934
4935         return (m);
4936 }
4937
4938 /*
4939  * free the pv_entry back to the free list
4940  */
4941 static void
4942 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4943 {
4944         struct pv_chunk *pc;
4945         int idx, field, bit;
4946
4947         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4948         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4949         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4950         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4951         pc = pv_to_chunk(pv);
4952         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4953         field = idx / 64;
4954         bit = idx % 64;
4955         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4956         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4957             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4958                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4959                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4960                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4961                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4962                 }
4963                 return;
4964         }
4965         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4966         free_pv_chunk(pc);
4967 }
4968
4969 static void
4970 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4971 {
4972         vm_page_t m;
4973
4974         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4975         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4976         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4977         /* entire chunk is free, return it */
4978         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4979         dump_drop_page(m->phys_addr);
4980         vm_page_unwire_noq(m);
4981         vm_page_free(m);
4982 }
4983
4984 static void
4985 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4986 {
4987         struct pv_chunks_list *pvc;
4988
4989         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4990         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4991         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4992         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4993         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4994 }
4995
4996 static void
4997 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4998 {
4999         struct pv_chunks_list *pvc;
5000         struct pv_chunk *pc, *npc;
5001         int i;
5002
5003         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5004                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
5005                         continue;
5006                 pvc = &pv_chunks[i];
5007                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5008                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
5009                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5010                 }
5011                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5012         }
5013
5014         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5015                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
5016                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
5017                 }
5018         }
5019 }
5020
5021 /*
5022  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
5023  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
5024  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
5025  * returned.
5026  *
5027  * The given PV list lock may be released.
5028  */
5029 static pv_entry_t
5030 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
5031 {
5032         struct pv_chunks_list *pvc;
5033         int bit, field;
5034         pv_entry_t pv;
5035         struct pv_chunk *pc;
5036         vm_page_t m;
5037
5038         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5039         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
5040 retry:
5041         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5042         if (pc != NULL) {
5043                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5044                         if (pc->pc_map[field]) {
5045                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5046                                 break;
5047                         }
5048                 }
5049                 if (field < _NPCM) {
5050                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5051                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5052                         /* If this was the last item, move it to tail */
5053                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
5054                             pc->pc_map[2] == 0) {
5055                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5056                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
5057                                     pc_list);
5058                         }
5059                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5060                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
5061                         return (pv);
5062                 }
5063         }
5064         /* No free items, allocate another chunk */
5065         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5066             VM_ALLOC_WIRED);
5067         if (m == NULL) {
5068                 if (lockp == NULL) {
5069                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
5070                         return (NULL);
5071                 }
5072                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5073                 if (m == NULL)
5074                         goto retry;
5075         }
5076         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5077         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5078         dump_add_page(m->phys_addr);
5079         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5080         pc->pc_pmap = pmap;
5081         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
5082         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5083         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5084         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
5085         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5086         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
5087         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5088         pv = &pc->pc_pventry[0];
5089         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5090         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
5091         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
5092         return (pv);
5093 }
5094
5095 /*
5096  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
5097  *
5098  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
5099  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
5100  * issue is the spurious dependency on the destination register.
5101  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
5102  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
5103  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
5104  * as well.
5105  *
5106  * Reference numbers for erratas are
5107  * 4th Gen Core: HSD146
5108  * 5th Gen Core: BDM85
5109  * 6th Gen Core: SKL029
5110  */
5111 static int
5112 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
5113 {
5114         u_long result, tmp;
5115
5116         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
5117             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
5118             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
5119             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
5120             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
5121         return (result);
5122 }
5123
5124 /*
5125  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
5126  * exceeds the given count, "needed".
5127  *
5128  * The given PV list lock may be released.
5129  */
5130 static void
5131 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
5132 {
5133         struct pv_chunks_list *pvc;
5134         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
5135         struct pv_chunk *pc;
5136         vm_page_t m;
5137         int avail, free, i;
5138         bool reclaimed;
5139
5140         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5141         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
5142
5143         /*
5144          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
5145          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
5146          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
5147          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
5148          */
5149         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
5150                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
5151 retry:
5152         avail = 0;
5153         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
5154 #ifndef __POPCNT__
5155                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
5156                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
5157                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
5158                 else
5159 #endif
5160                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
5161                 if (free == 0)
5162                         break;
5163                 avail += free;
5164                 if (avail >= needed)
5165                         break;
5166         }
5167         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
5168                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
5169                     VM_ALLOC_WIRED);
5170                 if (m == NULL) {
5171                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
5172                         if (m == NULL)
5173                                 goto retry;
5174                         reclaimed = true;
5175                 }
5176                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
5177                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
5178                 dump_add_page(m->phys_addr);
5179                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
5180                 pc->pc_pmap = pmap;
5181                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
5182                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
5183                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
5184                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5185                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
5186                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
5187
5188                 /*
5189                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
5190                  * If that chunk contained available entries, we need to
5191                  * re-count the number of available entries.
5192                  */
5193                 if (reclaimed)
5194                         goto retry;
5195         }
5196         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5197                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
5198                         continue;
5199                 pvc = &pv_chunks[i];
5200                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
5201                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
5202                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
5203         }
5204 }
5205
5206 /*
5207  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
5208  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
5209  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
5210  * 2MB page mappings.
5211  */
5212 static __inline pv_entry_t
5213 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5214 {
5215         pv_entry_t pv;
5216
5217         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
5218                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
5219                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5220                         pvh->pv_gen++;
5221                         break;
5222                 }
5223         }
5224         return (pv);
5225 }
5226
5227 /*
5228  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
5229  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
5230  * entries for each of the 4KB page mappings.
5231  */
5232 static void
5233 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5234     struct rwlock **lockp)
5235 {
5236         struct md_page *pvh;
5237         struct pv_chunk *pc;
5238         pv_entry_t pv;
5239         vm_offset_t va_last;
5240         vm_page_t m;
5241         int bit, field;
5242
5243         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5244         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5245             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5246         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5247
5248         /*
5249          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
5250          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
5251          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
5252          */
5253         pvh = pa_to_pvh(pa);
5254         va = trunc_2mpage(va);
5255         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5256         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
5257         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5258         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5259         m->md.pv_gen++;
5260         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5261         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
5262         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5263         for (;;) {
5264                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
5265                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
5266                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
5267                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
5268                         while (pc->pc_map[field]) {
5269                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
5270                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
5271                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
5272                                 va += PAGE_SIZE;
5273                                 pv->pv_va = va;
5274                                 m++;
5275                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5276                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
5277                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5278                                 m->md.pv_gen++;
5279                                 if (va == va_last)
5280                                         goto out;
5281                         }
5282                 }
5283                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5284                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5285         }
5286 out:
5287         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
5288                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5289                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
5290         }
5291         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
5292         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
5293 }
5294
5295 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5296 /*
5297  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
5298  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
5299  * for the 2MB page mapping.
5300  */
5301 static void
5302 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
5303     struct rwlock **lockp)
5304 {
5305         struct md_page *pvh;
5306         pv_entry_t pv;
5307         vm_offset_t va_last;
5308         vm_page_t m;
5309
5310         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
5311             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
5312         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5313
5314         /*
5315          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
5316          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
5317          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
5318          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
5319          * mappings that is being promoted.
5320          */
5321         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
5322         va = trunc_2mpage(va);
5323         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
5324         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
5325         pvh = pa_to_pvh(pa);
5326         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5327         pvh->pv_gen++;
5328         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
5329         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
5330         do {
5331                 m++;
5332                 va += PAGE_SIZE;
5333                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5334         } while (va < va_last);
5335 }
5336 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5337
5338 /*
5339  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
5340  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
5341  * page mappings.
5342  */
5343 static void
5344 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
5345 {
5346         pv_entry_t pv;
5347
5348         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
5349         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
5350         free_pv_entry(pmap, pv);
5351 }
5352
5353 /*
5354  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
5355  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
5356  */
5357 static boolean_t
5358 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
5359     struct rwlock **lockp)
5360 {
5361         pv_entry_t pv;
5362
5363         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5364         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5365         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
5366                 pv->pv_va = va;
5367                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5368                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5369                 m->md.pv_gen++;
5370                 return (TRUE);
5371         } else
5372                 return (FALSE);
5373 }
5374
5375 /*
5376  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
5377  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
5378  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
5379  */
5380 static bool
5381 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
5382     struct rwlock **lockp)
5383 {
5384         struct md_page *pvh;
5385         pv_entry_t pv;
5386         vm_paddr_t pa;
5387
5388         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5389         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5390         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5391             NULL : lockp)) == NULL)
5392                 return (false);
5393         pv->pv_va = va;
5394         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5395         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5396         pvh = pa_to_pvh(pa);
5397         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5398         pvh->pv_gen++;
5399         return (true);
5400 }
5401
5402 /*
5403  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5404  */
5405 static void
5406 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5407 {
5408         pt_entry_t *pte;
5409
5410         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5411                 *pte = newpte;
5412                 newpte += PAGE_SIZE;
5413         }
5414 }
5415
5416 /*
5417  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5418  * mapping is invalidated.
5419  */
5420 static boolean_t
5421 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5422 {
5423         struct rwlock *lock;
5424         boolean_t rv;
5425
5426         lock = NULL;
5427         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5428         if (lock != NULL)
5429                 rw_wunlock(lock);
5430         return (rv);
5431 }
5432
5433 static void
5434 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5435 {
5436 #ifdef INVARIANTS
5437 #ifdef DIAGNOSTIC
5438         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5439
5440         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5441             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5442                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5443                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5444                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5445                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5446                         printf("page table dump\n");
5447                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5448                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5449                         panic("firstpte");
5450                 }
5451         }
5452 #else
5453         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5454             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5455             " addresses"));
5456 #endif
5457 #endif
5458 }
5459
5460 static void
5461 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5462     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5463 {
5464         struct spglist free;
5465         vm_offset_t sva;
5466
5467         SLIST_INIT(&free);
5468         sva = trunc_2mpage(va);
5469         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5470         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5471                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5472         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5473         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5474             va, pmap);
5475 }
5476
5477 static boolean_t
5478 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5479     struct rwlock **lockp)
5480 {
5481         pd_entry_t newpde, oldpde;
5482         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5483         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5484         vm_paddr_t mptepa;
5485         vm_page_t mpte;
5486         int PG_PTE_CACHE;
5487         bool in_kernel;
5488
5489         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5490         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5491         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5492         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5493         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5494         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5495         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5496
5497         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5498         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5499         oldpde = *pde;
5500         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5501             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5502
5503         /*
5504          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5505          * mapping was never accessed.
5506          */
5507         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5508                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5509                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5510                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5511                 return (FALSE);
5512         }
5513
5514         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5515         if (mpte == NULL) {
5516                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5517                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5518                     " is missing"));
5519
5520                 /*
5521                  * If the page table page is missing and the mapping
5522                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5523                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5524                  * for every other part of the kernel address space,
5525                  * so the direct map region is the only part of the
5526                  * kernel address space that must be handled here.
5527                  */
5528                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5529                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5530                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5531
5532                 /*
5533                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5534                  * region of the kernel's address space, then the page
5535                  * allocation request specifies the highest possible
5536                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5537                  * priority is normal.
5538                  */
5539                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5540                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5541                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5542
5543                 /*
5544                  * If the allocation of the new page table page fails,
5545                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5546                  */
5547                 if (mpte == NULL) {
5548                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5549                         return (FALSE);
5550                 }
5551
5552                 if (!in_kernel) {
5553                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5554                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5555                 }
5556         }
5557         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5558         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5559         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5560         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5561             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5562         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5563         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5564
5565         /*
5566          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5567          * initialize it.
5568          */
5569         if (mpte->valid == 0)
5570                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5571
5572         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5573
5574         /*
5575          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5576          * entries.
5577          */
5578         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5579                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5580
5581         /*
5582          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5583          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5584          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5585          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5586          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5587          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5588          */
5589         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5590                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5591
5592         /*
5593          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5594          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5595          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5596          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5597          * the read above and the store below. 
5598          */
5599         if (workaround_erratum383)
5600                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5601         else
5602                 pde_store(pde, newpde);
5603
5604         /*
5605          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5606          */
5607         if (in_kernel)
5608                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5609
5610         /*
5611          * Demote the PV entry.
5612          */
5613         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5614                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5615
5616         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5617         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5618             va, pmap);
5619         return (TRUE);
5620 }
5621
5622 /*
5623  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5624  */
5625 static void
5626 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5627 {
5628         pd_entry_t newpde;
5629         vm_paddr_t mptepa;
5630         vm_page_t mpte;
5631
5632         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5633         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5634         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5635         if (mpte == NULL)
5636                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5637
5638         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5639         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5640
5641         /*
5642          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5643          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5644          */
5645         if (mpte->valid != 0)
5646                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5647
5648         /*
5649          * Demote the mapping.
5650          */
5651         if (workaround_erratum383)
5652                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5653         else
5654                 pde_store(pde, newpde);
5655
5656         /*
5657          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5658          */
5659         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5660 }
5661
5662 /*
5663  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5664  */
5665 static int
5666 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5667     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5668 {
5669         struct md_page *pvh;
5670         pd_entry_t oldpde;
5671         vm_offset_t eva, va;
5672         vm_page_t m, mpte;
5673         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5674
5675         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5676         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5677         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5678         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5679
5680         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5681         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5682             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5683         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5684         if (oldpde & PG_W)
5685                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5686         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5687                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5688         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5689         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5690                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5691                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5692                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5693                 eva = sva + NBPDR;
5694                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5695                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5696                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5697                                 vm_page_dirty(m);
5698                         if (oldpde & PG_A)
5699                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5700                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5701                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5702                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5703                         pmap_delayed_invl_page(m);
5704                 }
5705         }
5706         if (pmap == kernel_pmap) {
5707                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5708         } else {
5709                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5710                 if (mpte != NULL) {
5711                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5712                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5713                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5714                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5715                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5716                         mpte->ref_count = 0;
5717                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5718                 }
5719         }
5720         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5721 }
5722
5723 /*
5724  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5725  */
5726 static int
5727 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5728     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5729 {
5730         struct md_page *pvh;
5731         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5732         vm_page_t m;
5733
5734         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5735         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5736         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5737
5738         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5739         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5740         if (oldpte & PG_W)
5741                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5742         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5743         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5744                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5745                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5746                         vm_page_dirty(m);
5747                 if (oldpte & PG_A)
5748                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5749                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5750                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5751                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5752                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5753                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5754                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5755                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5756                 }
5757                 pmap_delayed_invl_page(m);
5758         }
5759         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5760 }
5761
5762 /*
5763  * Remove a single page from a process address space
5764  */
5765 static void
5766 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5767     struct spglist *free)
5768 {
5769         struct rwlock *lock;
5770         pt_entry_t *pte, PG_V;
5771
5772         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5773         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5774         if ((*pde & PG_V) == 0)
5775                 return;
5776         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5777         if ((*pte & PG_V) == 0)
5778                 return;
5779         lock = NULL;
5780         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5781         if (lock != NULL)
5782                 rw_wunlock(lock);
5783         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5784 }
5785
5786 /*
5787  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5788  */
5789 static bool
5790 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5791     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5792 {
5793         pt_entry_t PG_G, *pte;
5794         vm_offset_t va;
5795         bool anyvalid;
5796
5797         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5798         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5799         anyvalid = false;
5800         va = eva;
5801         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5802             sva += PAGE_SIZE) {
5803                 if (*pte == 0) {
5804                         if (va != eva) {
5805                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5806                                 va = eva;
5807                         }
5808                         continue;
5809                 }
5810                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5811                         anyvalid = true;
5812                 else if (va == eva)
5813                         va = sva;
5814                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5815                         sva += PAGE_SIZE;
5816                         break;
5817                 }
5818         }
5819         if (va != eva)
5820                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5821         return (anyvalid);
5822 }
5823
5824 /*
5825  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5826  *
5827  *      It is assumed that the start and end are properly
5828  *      rounded to the page size.
5829  */
5830 void
5831 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5832 {
5833         struct rwlock *lock;
5834         vm_offset_t va_next;
5835         pml5_entry_t *pml5e;
5836         pml4_entry_t *pml4e;
5837         pdp_entry_t *pdpe;
5838         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5839         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5840         struct spglist free;
5841         int anyvalid;
5842
5843         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5844         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5845
5846         /*
5847          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5848          */
5849         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5850                 return;
5851
5852         anyvalid = 0;
5853         SLIST_INIT(&free);
5854
5855         pmap_delayed_invl_start();
5856         PMAP_LOCK(pmap);
5857         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5858
5859         /*
5860          * special handling of removing one page.  a very
5861          * common operation and easy to short circuit some
5862          * code.
5863          */
5864         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5865                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5866                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5867                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5868                         goto out;
5869                 }
5870         }
5871
5872         lock = NULL;
5873         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5874
5875                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5876                         break;
5877
5878                 if (pmap_is_la57(pmap)) {
5879                         pml5e = pmap_pml5e(pmap, sva);
5880                         if ((*pml5e & PG_V) == 0) {
5881                                 va_next = (sva + NBPML5) & ~PML5MASK;
5882                                 if (va_next < sva)
5883                                         va_next = eva;
5884                                 continue;
5885                         }
5886                         pml4e = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5e, sva);
5887                 } else {
5888                         pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5889                 }
5890                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5891                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5892                         if (va_next < sva)
5893                                 va_next = eva;
5894                         continue;
5895                 }
5896
5897                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5898                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5899                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5900                         if (va_next < sva)
5901                                 va_next = eva;
5902                         continue;
5903                 }
5904
5905                 /*
5906                  * Calculate index for next page table.
5907                  */
5908                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5909                 if (va_next < sva)
5910                         va_next = eva;
5911
5912                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5913                 ptpaddr = *pde;
5914
5915                 /*
5916                  * Weed out invalid mappings.
5917                  */
5918                 if (ptpaddr == 0)
5919                         continue;
5920
5921                 /*
5922                  * Check for large page.
5923                  */
5924                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5925                         /*
5926                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5927                          * demote the mapping and fall through.
5928                          */
5929                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5930                                 /*
5931                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5932                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5933                                  */
5934                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5935                                         anyvalid = 1;
5936                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5937                                 continue;
5938                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5939                             &lock)) {
5940                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5941                                 continue;
5942                         } else
5943                                 ptpaddr = *pde;
5944                 }
5945
5946                 /*
5947                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5948                  * by the current page table page, or to the end of the
5949                  * range being removed.
5950                  */
5951                 if (va_next > eva)
5952                         va_next = eva;
5953
5954                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5955                         anyvalid = 1;
5956         }
5957         if (lock != NULL)
5958                 rw_wunlock(lock);
5959 out:
5960         if (anyvalid)
5961                 pmap_invalidate_all(pmap);
5962         PMAP_UNLOCK(pmap);
5963         pmap_delayed_invl_finish();
5964         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5965 }
5966
5967 /*
5968  *      Routine:        pmap_remove_all
5969  *      Function:
5970  *              Removes this physical page from
5971  *              all physical maps in which it resides.
5972  *              Reflects back modify bits to the pager.
5973  *
5974  *      Notes:
5975  *              Original versions of this routine were very
5976  *              inefficient because they iteratively called
5977  *              pmap_remove (slow...)
5978  */
5979
5980 void
5981 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5982 {
5983         struct md_page *pvh;
5984         pv_entry_t pv;
5985         pmap_t pmap;
5986         struct rwlock *lock;
5987         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5988         pd_entry_t *pde;
5989         vm_offset_t va;
5990         struct spglist free;
5991         int pvh_gen, md_gen;
5992
5993         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5994             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5995         SLIST_INIT(&free);
5996         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5997         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5998             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5999 retry:
6000         rw_wlock(lock);
6001         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
6002                 pmap = PV_PMAP(pv);
6003                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6004                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6005                         rw_wunlock(lock);
6006                         PMAP_LOCK(pmap);
6007                         rw_wlock(lock);
6008                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
6009                                 rw_wunlock(lock);
6010                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6011                                 goto retry;
6012                         }
6013                 }
6014                 va = pv->pv_va;
6015                 pde = pmap_pde(pmap, va);
6016                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
6017                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6018         }
6019         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
6020                 pmap = PV_PMAP(pv);
6021                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
6022                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
6023                         md_gen = m->md.pv_gen;
6024                         rw_wunlock(lock);
6025                         PMAP_LOCK(pmap);
6026                         rw_wlock(lock);
6027                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
6028                                 rw_wunlock(lock);
6029                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6030                                 goto retry;
6031                         }
6032                 }
6033                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6034                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6035                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6036                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
6037                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
6038                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
6039                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
6040                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
6041                 tpte = pte_load_clear(pte);
6042                 if (tpte & PG_W)
6043                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6044                 if (tpte & PG_A)
6045                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
6046
6047                 /*
6048                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
6049                  */
6050                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6051                         vm_page_dirty(m);
6052                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
6053                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
6054                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6055                 m->md.pv_gen++;
6056                 free_pv_entry(pmap, pv);
6057                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6058         }
6059         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
6060         rw_wunlock(lock);
6061         pmap_delayed_invl_wait(m);
6062         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6063 }
6064
6065 /*
6066  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
6067  */
6068 static boolean_t
6069 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
6070 {
6071         pd_entry_t newpde, oldpde;
6072         vm_page_t m, mt;
6073         boolean_t anychanged;
6074         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
6075
6076         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6077         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6078         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6079
6080         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6081         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
6082             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
6083         anychanged = FALSE;
6084 retry:
6085         oldpde = newpde = *pde;
6086         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6087                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6088                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6089                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
6090                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6091                                 vm_page_dirty(mt);
6092                 }
6093                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
6094         }
6095         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6096                 newpde |= pg_nx;
6097         if (newpde != oldpde) {
6098                 /*
6099                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
6100                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
6101                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
6102                  */
6103                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
6104                         goto retry;
6105                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
6106                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
6107                 else
6108                         anychanged = TRUE;
6109         }
6110         return (anychanged);
6111 }
6112
6113 /*
6114  *      Set the physical protection on the
6115  *      specified range of this map as requested.
6116  */
6117 void
6118 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
6119 {
6120         vm_offset_t va_next;
6121         pml4_entry_t *pml4e;
6122         pdp_entry_t *pdpe;
6123         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
6124         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
6125         boolean_t anychanged;
6126
6127         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
6128         if (prot == VM_PROT_NONE) {
6129                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
6130                 return;
6131         }
6132
6133         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
6134             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
6135                 return;
6136
6137         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6138         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6139         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6140         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6141         anychanged = FALSE;
6142
6143         /*
6144          * Although this function delays and batches the invalidation
6145          * of stale TLB entries, it does not need to call
6146          * pmap_delayed_invl_start() and
6147          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
6148          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
6149          * protection-only changes need only be invalidated before the
6150          * pmap lock is released, because protection-only changes do
6151          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
6152          * a physical page's PV list of mappings, like
6153          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
6154          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
6155          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
6156          * updates.
6157          *
6158          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
6159          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
6160          * invalidated.
6161          */
6162         
6163         PMAP_LOCK(pmap);
6164         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6165
6166                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6167                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6168                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6169                         if (va_next < sva)
6170                                 va_next = eva;
6171                         continue;
6172                 }
6173
6174                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6175                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6176                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6177                         if (va_next < sva)
6178                                 va_next = eva;
6179                         continue;
6180                 }
6181
6182                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6183                 if (va_next < sva)
6184                         va_next = eva;
6185
6186                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6187                 ptpaddr = *pde;
6188
6189                 /*
6190                  * Weed out invalid mappings.
6191                  */
6192                 if (ptpaddr == 0)
6193                         continue;
6194
6195                 /*
6196                  * Check for large page.
6197                  */
6198                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
6199                         /*
6200                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
6201                          * demote the mapping and fall through.
6202                          */
6203                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6204                                 /*
6205                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
6206                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
6207                                  */
6208                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
6209                                         anychanged = TRUE;
6210                                 continue;
6211                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
6212                                 /*
6213                                  * The large page mapping was destroyed.
6214                                  */
6215                                 continue;
6216                         }
6217                 }
6218
6219                 if (va_next > eva)
6220                         va_next = eva;
6221
6222                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6223                     sva += PAGE_SIZE) {
6224                         pt_entry_t obits, pbits;
6225                         vm_page_t m;
6226
6227 retry:
6228                         obits = pbits = *pte;
6229                         if ((pbits & PG_V) == 0)
6230                                 continue;
6231
6232                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
6233                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
6234                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
6235                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
6236                                         vm_page_dirty(m);
6237                                 }
6238                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
6239                         }
6240                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6241                                 pbits |= pg_nx;
6242
6243                         if (pbits != obits) {
6244                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
6245                                         goto retry;
6246                                 if (obits & PG_G)
6247                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
6248                                 else
6249                                         anychanged = TRUE;
6250                         }
6251                 }
6252         }
6253         if (anychanged)
6254                 pmap_invalidate_all(pmap);
6255         PMAP_UNLOCK(pmap);
6256 }
6257
6258 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6259 static bool
6260 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
6261 {
6262
6263         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
6264                 return (false);
6265         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
6266 }
6267
6268 /*
6269  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
6270  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
6271  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
6272  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
6273  * identical characteristics. 
6274  */
6275 static void
6276 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
6277     struct rwlock **lockp)
6278 {
6279         pd_entry_t newpde;
6280         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
6281         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
6282         vm_page_t mpte;
6283         int PG_PTE_CACHE;
6284
6285         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6286         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6287         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6288         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6289         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6290         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
6291         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
6292
6293         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6294
6295         /*
6296          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
6297          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
6298          * within a 2MB page. 
6299          */
6300         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
6301 setpde:
6302         newpde = *firstpte;
6303         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
6304             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6305             newpde))) {
6306                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6307                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6308                     " in pmap %p", va, pmap);
6309                 return;
6310         }
6311         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6312                 /*
6313                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
6314                  * a TLB invalidation.
6315                  */
6316                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
6317                         goto setpde;
6318                 newpde &= ~PG_RW;
6319         }
6320
6321         /*
6322          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
6323          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
6324          * characteristics to the first PTE.
6325          */
6326         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
6327         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
6328 setpte:
6329                 oldpte = *pte;
6330                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
6331                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6332                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6333                             " in pmap %p", va, pmap);
6334                         return;
6335                 }
6336                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
6337                         /*
6338                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
6339                          * without a TLB invalidation.
6340                          */
6341                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
6342                                 goto setpte;
6343                         oldpte &= ~PG_RW;
6344                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
6345                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
6346                             (va & ~PDRMASK), pmap);
6347                 }
6348                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
6349                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6350                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
6351                             " in pmap %p", va, pmap);
6352                         return;
6353                 }
6354                 pa -= PAGE_SIZE;
6355         }
6356
6357         /*
6358          * Save the page table page in its current state until the PDE
6359          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
6360          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
6361          */
6362         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6363         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
6364             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
6365             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
6366         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
6367             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
6368         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
6369                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
6370                 CTR2(KTR_PMAP,
6371                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
6372                     pmap);
6373                 return;
6374         }
6375
6376         /*
6377          * Promote the pv entries.
6378          */
6379         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
6380                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
6381
6382         /*
6383          * Propagate the PAT index to its proper position.
6384          */
6385         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
6386
6387         /*
6388          * Map the superpage.
6389          */
6390         if (workaround_erratum383)
6391                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
6392         else
6393                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
6394
6395         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
6396         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6397             " in pmap %p", va, pmap);
6398 }
6399 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6400
6401 /*
6402  *      Insert the given physical page (p) at
6403  *      the specified virtual address (v) in the
6404  *      target physical map with the protection requested.
6405  *
6406  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6407  *      that the related pte can not be reclaimed.
6408  *
6409  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6410  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6411  *      insert this page into the given map NOW.
6412  *
6413  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6414  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6415  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6416  */
6417 int
6418 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6419     u_int flags, int8_t psind)
6420 {
6421         struct rwlock *lock;
6422         pd_entry_t *pde;
6423         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6424         pt_entry_t newpte, origpte;
6425         pv_entry_t pv;
6426         vm_paddr_t opa, pa;
6427         vm_page_t mpte, om;
6428         int rv;
6429         boolean_t nosleep;
6430
6431         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6432         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6433         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6434         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6435         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6436
6437         va = trunc_page(va);
6438         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6439         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6440             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6441             va));
6442         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6443             va >= kmi.clean_eva,
6444             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6445         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6446                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6447         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6448             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6449         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6450         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6451         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6452                 newpte |= PG_M;
6453         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6454                 newpte |= PG_RW;
6455         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6456             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6457         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6458                 newpte |= pg_nx;
6459         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6460                 newpte |= PG_W;
6461         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6462                 newpte |= PG_U;
6463         if (pmap == kernel_pmap)
6464                 newpte |= PG_G;
6465         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6466
6467         /*
6468          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6469          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6470          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6471          */
6472         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6473                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6474                         newpte |= PG_M;
6475         } else
6476                 newpte |= PG_MANAGED;
6477
6478         lock = NULL;
6479         PMAP_LOCK(pmap);
6480         if (psind == 1) {
6481                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6482                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6483                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6484                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6485                 goto out;
6486         }
6487         mpte = NULL;
6488
6489         /*
6490          * In the case that a page table page is not
6491          * resident, we are creating it here.
6492          */
6493 retry:
6494         pde = pmap_pde(pmap, va);
6495         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6496             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6497                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6498                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6499                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6500                         mpte->ref_count++;
6501                 }
6502         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6503                 /*
6504                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6505                  * deallocated.
6506                  */
6507                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6508                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6509                     nosleep ? NULL : &lock, va);
6510                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6511                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6512                         goto out;
6513                 }
6514                 goto retry;
6515         } else
6516                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6517
6518         origpte = *pte;
6519         pv = NULL;
6520         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6521                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6522
6523         /*
6524          * Is the specified virtual address already mapped?
6525          */
6526         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6527                 /*
6528                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6529                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6530                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6531                  * the PT page will be also.
6532                  */
6533                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6534                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6535                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6536                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6537
6538                 /*
6539                  * Remove the extra PT page reference.
6540                  */
6541                 if (mpte != NULL) {
6542                         mpte->ref_count--;
6543                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6544                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6545                              " va: 0x%lx", va));
6546                 }
6547
6548                 /*
6549                  * Has the physical page changed?
6550                  */
6551                 opa = origpte & PG_FRAME;
6552                 if (opa == pa) {
6553                         /*
6554                          * No, might be a protection or wiring change.
6555                          */
6556                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6557                             (newpte & PG_RW) != 0)
6558                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6559                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6560                                 goto unchanged;
6561                         goto validate;
6562                 }
6563
6564                 /*
6565                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6566                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6567                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6568                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6569                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6570                  * avoiding an allocation.
6571                  *
6572                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6573                  */
6574                 origpte = pte_load_clear(pte);
6575                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6576                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6577                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6578                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6579
6580                         /*
6581                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6582                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6583                          * pmap_ts_referenced().
6584                          */
6585                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6586                                 vm_page_dirty(om);
6587                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6588                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6589                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6590                         }
6591                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6592                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6593                         KASSERT(pv != NULL,
6594                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6595                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6596                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6597                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6598                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6599                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6600                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6601                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6602                 } else {
6603                         /*
6604                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6605                          * is set.
6606                          */
6607                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6608                 }
6609                 origpte = 0;
6610         } else {
6611                 /*
6612                  * Increment the counters.
6613                  */
6614                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6615                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6616                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6617         }
6618
6619         /*
6620          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6621          */
6622         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6623                 if (pv == NULL) {
6624                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6625                         pv->pv_va = va;
6626                 }
6627                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6628                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6629                 m->md.pv_gen++;
6630                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6631                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6632         }
6633
6634         /*
6635          * Update the PTE.
6636          */
6637         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6638 validate:
6639                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6640                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6641                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6642                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6643                     (PG_M | PG_RW)) {
6644                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6645                                 vm_page_dirty(m);
6646
6647                         /*
6648                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6649                          * invalidation may nonetheless be required because
6650                          * the PTE no longer has PG_M set.
6651                          */
6652                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6653                         /*
6654                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6655                          */
6656                         goto unchanged;
6657                 }
6658                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6659                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6660         } else
6661                 pte_store(pte, newpte);
6662
6663 unchanged:
6664
6665 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6666         /*
6667          * If both the page table page and the reservation are fully
6668          * populated, then attempt promotion.
6669          */
6670         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6671             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6672             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6673             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6674                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6675 #endif
6676
6677         rv = KERN_SUCCESS;
6678 out:
6679         if (lock != NULL)
6680                 rw_wunlock(lock);
6681         PMAP_UNLOCK(pmap);
6682         return (rv);
6683 }
6684
6685 /*
6686  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6687  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6688  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6689  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6690  * PV entry.
6691  */
6692 static bool
6693 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6694     struct rwlock **lockp)
6695 {
6696         pd_entry_t newpde;
6697         pt_entry_t PG_V;
6698
6699         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6700         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6701         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6702             PG_PS | PG_V;
6703         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6704                 newpde |= PG_MANAGED;
6705         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6706                 newpde |= pg_nx;
6707         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6708                 newpde |= PG_U;
6709         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6710             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6711             KERN_SUCCESS);
6712 }
6713
6714 /*
6715  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6716  * zero.
6717  */
6718 static bool
6719 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6720 {
6721         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6722
6723         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6724         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6725         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6726                 if (*pte != 0)
6727                         return (false);
6728         }
6729         return (true);
6730 }
6731
6732 /*
6733  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6734  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6735  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6736  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6737  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6738  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6739  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6740  *
6741  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6742  */
6743 static int
6744 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6745     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6746 {
6747         struct spglist free;
6748         pd_entry_t oldpde, *pde;
6749         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6750         vm_page_t mt, pdpg;
6751
6752         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6753             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6754         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6755         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6756         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6757             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6758         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6759         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6760
6761         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6762             newpde))) {
6763                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6764                     " in pmap %p", va, pmap);
6765                 return (KERN_FAILURE);
6766         }
6767         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6768             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6769                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6770                     " in pmap %p", va, pmap);
6771                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6772         }
6773
6774         /*
6775          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6776          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6777          * it could sleep.
6778          */
6779         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6780                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6781                 return (KERN_FAILURE);
6782         }
6783         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6784                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6785                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6786         }
6787
6788         /*
6789          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6790          */
6791         oldpde = *pde;
6792         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6793                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6794                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6795                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6796                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6797                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6798                         if (pdpg != NULL)
6799                                 pdpg->ref_count--;
6800                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6801                             " in pmap %p", va, pmap);
6802                         return (KERN_FAILURE);
6803                 }
6804                 /* Break the existing mapping(s). */
6805                 SLIST_INIT(&free);
6806                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6807                         /*
6808                          * The reference to the PD page that was acquired by
6809                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6810                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6811                          * a reserved PT page could be freed.
6812                          */
6813                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6814                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6815                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6816                 } else {
6817                         pmap_delayed_invl_start();
6818                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6819                             lockp))
6820                                pmap_invalidate_all(pmap);
6821                         pmap_delayed_invl_finish();
6822                 }
6823                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6824                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6825                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6826                             pde));
6827                 } else {
6828                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6829                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6830
6831                         /*
6832                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6833                          * leave the kernel page table page zero filled.
6834                          */
6835                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6836                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6837                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6838                 }
6839         }
6840
6841         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6842                 /*
6843                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6844                  */
6845                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6846                         if (pdpg != NULL)
6847                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6848                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6849                             " in pmap %p", va, pmap);
6850                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6851                 }
6852                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6853                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6854                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6855                 }
6856         }
6857
6858         /*
6859          * Increment counters.
6860          */
6861         if ((newpde & PG_W) != 0)
6862                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6863         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6864
6865         /*
6866          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6867          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6868          */
6869         pde_store(pde, newpde);
6870
6871         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6872         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6873             va, pmap);
6874         return (KERN_SUCCESS);
6875 }
6876
6877 /*
6878  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6879  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6880  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6881  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6882  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6883  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6884  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6885  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6886  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6887  * corresponding offset from m_start are mapped.
6888  */
6889 void
6890 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6891     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6892 {
6893         struct rwlock *lock;
6894         vm_offset_t va;
6895         vm_page_t m, mpte;
6896         vm_pindex_t diff, psize;
6897
6898         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6899
6900         psize = atop(end - start);
6901         mpte = NULL;
6902         m = m_start;
6903         lock = NULL;
6904         PMAP_LOCK(pmap);
6905         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6906                 va = start + ptoa(diff);
6907                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6908                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6909                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6910                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6911                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6912                 else
6913                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6914                             mpte, &lock);
6915                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6916         }
6917         if (lock != NULL)
6918                 rw_wunlock(lock);
6919         PMAP_UNLOCK(pmap);
6920 }
6921
6922 /*
6923  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6924  * 1. Current pmap & pmap exists.
6925  * 2. Not wired.
6926  * 3. Read access.
6927  * 4. No page table pages.
6928  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6929  */
6930
6931 void
6932 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6933 {
6934         struct rwlock *lock;
6935
6936         lock = NULL;
6937         PMAP_LOCK(pmap);
6938         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6939         if (lock != NULL)
6940                 rw_wunlock(lock);
6941         PMAP_UNLOCK(pmap);
6942 }
6943
6944 static vm_page_t
6945 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6946     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6947 {
6948         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6949
6950         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6951             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6952             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6953         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6954         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6955
6956         /*
6957          * In the case that a page table page is not
6958          * resident, we are creating it here.
6959          */
6960         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6961                 vm_pindex_t ptepindex;
6962                 pd_entry_t *ptepa;
6963
6964                 /*
6965                  * Calculate pagetable page index
6966                  */
6967                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6968                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6969                         mpte->ref_count++;
6970                 } else {
6971                         /*
6972                          * Get the page directory entry
6973                          */
6974                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6975
6976                         /*
6977                          * If the page table page is mapped, we just increment
6978                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6979                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6980                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6981                          */
6982                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6983                                 if (*ptepa & PG_PS)
6984                                         return (NULL);
6985                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6986                                 mpte->ref_count++;
6987                         } else {
6988                                 /*
6989                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6990                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6991                                  */
6992                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL,
6993                                     va);
6994                                 if (mpte == NULL)
6995                                         return (mpte);
6996                         }
6997                 }
6998                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6999                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
7000         } else {
7001                 mpte = NULL;
7002                 pte = vtopte(va);
7003         }
7004         if (*pte) {
7005                 if (mpte != NULL)
7006                         mpte->ref_count--;
7007                 return (NULL);
7008         }
7009
7010         /*
7011          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
7012          */
7013         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
7014             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
7015                 if (mpte != NULL)
7016                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
7017                 return (NULL);
7018         }
7019
7020         /*
7021          * Increment counters
7022          */
7023         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
7024
7025         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
7026             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
7027         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
7028                 newpte |= PG_MANAGED;
7029         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
7030                 newpte |= pg_nx;
7031         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
7032                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
7033         pte_store(pte, newpte);
7034         return (mpte);
7035 }
7036
7037 /*
7038  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
7039  * to be used for panic dumps.
7040  */
7041 void *
7042 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
7043 {
7044         vm_offset_t va;
7045
7046         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
7047         pmap_kenter(va, pa);
7048         invlpg(va);
7049         return ((void *)crashdumpmap);
7050 }
7051
7052 /*
7053  * This code maps large physical mmap regions into the
7054  * processor address space.  Note that some shortcuts
7055  * are taken, but the code works.
7056  */
7057 void
7058 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
7059     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
7060 {
7061         pd_entry_t *pde;
7062         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7063         vm_paddr_t pa, ptepa;
7064         vm_page_t p, pdpg;
7065         int pat_mode;
7066
7067         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7068         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7069         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7070         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7071
7072         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
7073         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
7074             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
7075         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
7076                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
7077                         return;
7078                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
7079                         return;
7080                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
7081                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7082                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7083                 pat_mode = p->md.pat_mode;
7084
7085                 /*
7086                  * Abort the mapping if the first page is not physically
7087                  * aligned to a 2MB page boundary.
7088                  */
7089                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
7090                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
7091                         return;
7092
7093                 /*
7094                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
7095                  * the pages are not physically contiguous or have differing
7096                  * memory attributes.
7097                  */
7098                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7099                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
7100                     pa += PAGE_SIZE) {
7101                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7102                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
7103                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
7104                             pat_mode != p->md.pat_mode)
7105                                 return;
7106                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
7107                 }
7108
7109                 /*
7110                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
7111                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
7112                  * will not affect the termination of this loop.
7113                  */ 
7114                 PMAP_LOCK(pmap);
7115                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
7116                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
7117                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
7118                         if (pde == NULL) {
7119                                 /*
7120                                  * The creation of mappings below is only an
7121                                  * optimization.  If a page directory page
7122                                  * cannot be allocated without blocking,
7123                                  * continue on to the next mapping rather than
7124                                  * blocking.
7125                                  */
7126                                 addr += NBPDR;
7127                                 continue;
7128                         }
7129                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
7130                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
7131                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
7132                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7133                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7134                         } else {
7135                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
7136                                 pdpg->ref_count--;
7137                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
7138                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
7139                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
7140                         }
7141                         addr += NBPDR;
7142                 }
7143                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7144         }
7145 }
7146
7147 /*
7148  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
7149  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
7150  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
7151  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
7152  *
7153  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
7154  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
7155  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
7156  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
7157  *      function are not needed.
7158  */
7159 void
7160 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
7161 {
7162         vm_offset_t va_next;
7163         pml4_entry_t *pml4e;
7164         pdp_entry_t *pdpe;
7165         pd_entry_t *pde;
7166         pt_entry_t *pte, PG_V;
7167
7168         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7169         PMAP_LOCK(pmap);
7170         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7171                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7172                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7173                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7174                         if (va_next < sva)
7175                                 va_next = eva;
7176                         continue;
7177                 }
7178                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7179                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7180                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7181                         if (va_next < sva)
7182                                 va_next = eva;
7183                         continue;
7184                 }
7185                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7186                 if (va_next < sva)
7187                         va_next = eva;
7188                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7189                 if ((*pde & PG_V) == 0)
7190                         continue;
7191                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
7192                         if ((*pde & PG_W) == 0)
7193                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
7194                                     (uintmax_t)*pde);
7195
7196                         /*
7197                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
7198                          * demote the mapping and fall through.
7199                          */
7200                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
7201                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
7202                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
7203                                     PAGE_SIZE;
7204                                 continue;
7205                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
7206                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
7207                 }
7208                 if (va_next > eva)
7209                         va_next = eva;
7210                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7211                     sva += PAGE_SIZE) {
7212                         if ((*pte & PG_V) == 0)
7213                                 continue;
7214                         if ((*pte & PG_W) == 0)
7215                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
7216                                     (uintmax_t)*pte);
7217
7218                         /*
7219                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
7220                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
7221                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
7222                          */
7223                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
7224                         pmap->pm_stats.wired_count--;
7225                 }
7226         }
7227         PMAP_UNLOCK(pmap);
7228 }
7229
7230 /*
7231  *      Copy the range specified by src_addr/len
7232  *      from the source map to the range dst_addr/len
7233  *      in the destination map.
7234  *
7235  *      This routine is only advisory and need not do anything.
7236  */
7237 void
7238 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
7239     vm_offset_t src_addr)
7240 {
7241         struct rwlock *lock;
7242         pml4_entry_t *pml4e;
7243         pdp_entry_t *pdpe;
7244         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
7245         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
7246         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
7247         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
7248
7249         if (dst_addr != src_addr)
7250                 return;
7251
7252         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
7253                 return;
7254
7255         /*
7256          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
7257          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
7258          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
7259          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
7260          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
7261          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
7262          */
7263         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
7264                 return;
7265
7266         end_addr = src_addr + len;
7267         lock = NULL;
7268         if (dst_pmap < src_pmap) {
7269                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7270                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7271         } else {
7272                 PMAP_LOCK(src_pmap);
7273                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
7274         }
7275
7276         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
7277         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
7278         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
7279
7280         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
7281                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
7282                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
7283
7284                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
7285                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7286                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
7287                         if (va_next < addr)
7288                                 va_next = end_addr;
7289                         continue;
7290                 }
7291
7292                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
7293                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7294                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
7295                         if (va_next < addr)
7296                                 va_next = end_addr;
7297                         continue;
7298                 }
7299
7300                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
7301                 if (va_next < addr)
7302                         va_next = end_addr;
7303
7304                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
7305                 srcptepaddr = *pde;
7306                 if (srcptepaddr == 0)
7307                         continue;
7308                         
7309                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
7310                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
7311                                 continue;
7312                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
7313                         if (pde == NULL)
7314                                 break;
7315                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
7316                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
7317                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
7318                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
7319                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
7320                                     PAGE_SIZE);
7321                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
7322                         } else
7323                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
7324                         continue;
7325                 }
7326
7327                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
7328                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
7329                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
7330                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
7331
7332                 if (va_next > end_addr)
7333                         va_next = end_addr;
7334
7335                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
7336                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
7337                 dstmpte = NULL;
7338                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
7339                         ptetemp = *src_pte;
7340
7341                         /*
7342                          * We only virtual copy managed pages.
7343                          */
7344                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
7345                                 continue;
7346
7347                         if (dstmpte != NULL) {
7348                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
7349                                     pmap_pde_pindex(addr),
7350                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
7351                                 dstmpte->ref_count++;
7352                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
7353                             NULL)) == NULL)
7354                                 goto out;
7355                         dst_pte = (pt_entry_t *)
7356                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
7357                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
7358                         if (*dst_pte == 0 &&
7359                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
7360                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
7361                                 /*
7362                                  * Clear the wired, modified, and accessed
7363                                  * (referenced) bits during the copy.
7364                                  */
7365                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
7366                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
7367                         } else {
7368                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
7369                                 goto out;
7370                         }
7371                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
7372                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
7373                                 break;
7374                 }
7375         }
7376 out:
7377         if (lock != NULL)
7378                 rw_wunlock(lock);
7379         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7380         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7381 }
7382
7383 int
7384 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
7385 {
7386         int error;
7387
7388         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
7389             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
7390             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
7391                 return (0);
7392         for (;;) {
7393                 if (dst_pmap < src_pmap) {
7394                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7395                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7396                 } else {
7397                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7398                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7399                 }
7400                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7401                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7402                 if (error == ENOMEM)
7403                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7404                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7405                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7406                 if (error != ENOMEM)
7407                         break;
7408                 vm_wait(NULL);
7409         }
7410         return (error);
7411 }
7412
7413 /*
7414  * Zero the specified hardware page.
7415  */
7416 void
7417 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7418 {
7419         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7420
7421         pagezero((void *)va);
7422 }
7423
7424 /*
7425  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7426  * cover an area beyond a single hardware page.
7427  */
7428 void
7429 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7430 {
7431         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7432
7433         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7434                 pagezero((void *)va);
7435         else
7436                 bzero((char *)va + off, size);
7437 }
7438
7439 /*
7440  * Copy 1 specified hardware page to another.
7441  */
7442 void
7443 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7444 {
7445         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7446         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7447
7448         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7449 }
7450
7451 int unmapped_buf_allowed = 1;
7452
7453 void
7454 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7455     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7456 {
7457         void *a_cp, *b_cp;
7458         vm_page_t pages[2];
7459         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7460         int cnt;
7461         boolean_t mapped;
7462
7463         while (xfersize > 0) {
7464                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7465                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7466                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7467                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7468                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7469                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7470                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7471                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7472                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7473                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7474                 if (__predict_false(mapped))
7475                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7476                 a_offset += cnt;
7477                 b_offset += cnt;
7478                 xfersize -= cnt;
7479         }
7480 }
7481
7482 /*
7483  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7484  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7485  * be changed upwards or downwards in the future; it
7486  * is only necessary that true be returned for a small
7487  * subset of pmaps for proper page aging.
7488  */
7489 boolean_t
7490 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7491 {
7492         struct md_page *pvh;
7493         struct rwlock *lock;
7494         pv_entry_t pv;
7495         int loops = 0;
7496         boolean_t rv;
7497
7498         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7499             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7500         rv = FALSE;
7501         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7502         rw_rlock(lock);
7503         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7504                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7505                         rv = TRUE;
7506                         break;
7507                 }
7508                 loops++;
7509                 if (loops >= 16)
7510                         break;
7511         }
7512         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7513                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7514                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7515                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7516                                 rv = TRUE;
7517                                 break;
7518                         }
7519                         loops++;
7520                         if (loops >= 16)
7521                                 break;
7522                 }
7523         }
7524         rw_runlock(lock);
7525         return (rv);
7526 }
7527
7528 /*
7529  *      pmap_page_wired_mappings:
7530  *
7531  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7532  *      that are wired.
7533  */
7534 int
7535 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7536 {
7537         struct rwlock *lock;
7538         struct md_page *pvh;
7539         pmap_t pmap;
7540         pt_entry_t *pte;
7541         pv_entry_t pv;
7542         int count, md_gen, pvh_gen;
7543
7544         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7545                 return (0);
7546         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7547         rw_rlock(lock);
7548 restart:
7549         count = 0;
7550         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7551                 pmap = PV_PMAP(pv);
7552                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7553                         md_gen = m->md.pv_gen;
7554                         rw_runlock(lock);
7555                         PMAP_LOCK(pmap);
7556                         rw_rlock(lock);
7557                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7558                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7559                                 goto restart;
7560                         }
7561                 }
7562                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7563                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7564                         count++;
7565                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7566         }
7567         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7568                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7569                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7570                         pmap = PV_PMAP(pv);
7571                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7572                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7573                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7574                                 rw_runlock(lock);
7575                                 PMAP_LOCK(pmap);
7576                                 rw_rlock(lock);
7577                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7578                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7579                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7580                                         goto restart;
7581                                 }
7582                         }
7583                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7584                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7585                                 count++;
7586                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7587                 }
7588         }
7589         rw_runlock(lock);
7590         return (count);
7591 }
7592
7593 /*
7594  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7595  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7596  */
7597 boolean_t
7598 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7599 {
7600         struct rwlock *lock;
7601         boolean_t rv;
7602
7603         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7604                 return (FALSE);
7605         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7606         rw_rlock(lock);
7607         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7608             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7609             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7610         rw_runlock(lock);
7611         return (rv);
7612 }
7613
7614 /*
7615  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7616  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7617  * caller.
7618  *
7619  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7620  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7621  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7622  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7623  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7624  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7625  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7626  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7627  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7628  * this function starts.
7629  *
7630  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7631  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7632  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7633  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7634  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7635  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7636  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7637  * that eventual TLB invalidation.
7638  */
7639 void
7640 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7641 {
7642         pd_entry_t ptepde;
7643         pt_entry_t *pte, tpte;
7644         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7645         struct spglist free;
7646         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7647         vm_page_t m, mpte, mt;
7648         pv_entry_t pv;
7649         struct md_page *pvh;
7650         struct pv_chunk *pc, *npc;
7651         struct rwlock *lock;
7652         int64_t bit;
7653         uint64_t inuse, bitmask;
7654         int allfree, field, freed, i, idx;
7655         boolean_t superpage;
7656         vm_paddr_t pa;
7657
7658         /*
7659          * Assert that the given pmap is only active on the current
7660          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7661          * activating the pmap while this function is executing.
7662          */
7663         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7664 #ifdef INVARIANTS
7665         {
7666                 cpuset_t other_cpus;
7667
7668                 other_cpus = all_cpus;
7669                 critical_enter();
7670                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7671                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7672                 critical_exit();
7673                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7674         }
7675 #endif
7676
7677         lock = NULL;
7678         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7679         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7680         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7681
7682         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7683                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7684         SLIST_INIT(&free);
7685         PMAP_LOCK(pmap);
7686         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7687                 allfree = 1;
7688                 freed = 0;
7689                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7690                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7691                         while (inuse != 0) {
7692                                 bit = bsfq(inuse);
7693                                 bitmask = 1UL << bit;
7694                                 idx = field * 64 + bit;
7695                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7696                                 inuse &= ~bitmask;
7697
7698                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7699                                 ptepde = *pte;
7700                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7701                                 tpte = *pte;
7702                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7703                                         superpage = FALSE;
7704                                         ptepde = tpte;
7705                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7706                                             PG_FRAME);
7707                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7708                                         tpte = *pte;
7709                                 } else {
7710                                         /*
7711                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7712                                          * superpage explicitly instead of
7713                                          * relying on PG_PS being set.
7714                                          *
7715                                          * This is because PG_PS is numerically
7716                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7717                                          * regular page could be mistaken for
7718                                          * a superpage.
7719                                          */
7720                                         superpage = TRUE;
7721                                 }
7722
7723                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7724                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7725                                             pv->pv_va, tpte);
7726                                 }
7727
7728 /*
7729  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7730  */
7731                                 if (tpte & PG_W) {
7732                                         allfree = 0;
7733                                         continue;
7734                                 }
7735
7736                                 if (superpage)
7737                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7738                                 else
7739                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7740
7741                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7742                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7743                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7744                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7745                                     (uintmax_t)tpte));
7746
7747                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7748                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7749                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7750                                     (uintmax_t)tpte));
7751
7752                                 pte_clear(pte);
7753
7754                                 /*
7755                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7756                                  */
7757                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7758                                         if (superpage) {
7759                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7760                                                         vm_page_dirty(mt);
7761                                         } else
7762                                                 vm_page_dirty(m);
7763                                 }
7764
7765                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7766
7767                                 /* Mark free */
7768                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7769                                 if (superpage) {
7770                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7771                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7772                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7773                                         pvh->pv_gen++;
7774                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7775                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7776                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7777                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7778                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7779                                         }
7780                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7781                                         if (mpte != NULL) {
7782                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7783                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7784                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7785                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7786                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7787                                                 mpte->ref_count = 0;
7788                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7789                                         }
7790                                 } else {
7791                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7792                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7793                                         m->md.pv_gen++;
7794                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7795                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7796                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7797                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7798                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7799                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7800                                         }
7801                                 }
7802                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7803                                 freed++;
7804                         }
7805                 }
7806                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7807                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7808                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7809                 if (allfree) {
7810                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7811                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7812                 }
7813         }
7814         if (lock != NULL)
7815                 rw_wunlock(lock);
7816         pmap_invalidate_all(pmap);
7817         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7818         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7819         PMAP_UNLOCK(pmap);
7820         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7821 }
7822
7823 static boolean_t
7824 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7825 {
7826         struct rwlock *lock;
7827         pv_entry_t pv;
7828         struct md_page *pvh;
7829         pt_entry_t *pte, mask;
7830         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7831         pmap_t pmap;
7832         int md_gen, pvh_gen;
7833         boolean_t rv;
7834
7835         rv = FALSE;
7836         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7837         rw_rlock(lock);
7838 restart:
7839         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7840                 pmap = PV_PMAP(pv);
7841                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7842                         md_gen = m->md.pv_gen;
7843                         rw_runlock(lock);
7844                         PMAP_LOCK(pmap);
7845                         rw_rlock(lock);
7846                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7847                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7848                                 goto restart;
7849                         }
7850                 }
7851                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7852                 mask = 0;
7853                 if (modified) {
7854                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7855                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7856                         mask |= PG_RW | PG_M;
7857                 }
7858                 if (accessed) {
7859                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7860                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7861                         mask |= PG_V | PG_A;
7862                 }
7863                 rv = (*pte & mask) == mask;
7864                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7865                 if (rv)
7866                         goto out;
7867         }
7868         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7869                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7870                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7871                         pmap = PV_PMAP(pv);
7872                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7873                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7874                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7875                                 rw_runlock(lock);
7876                                 PMAP_LOCK(pmap);
7877                                 rw_rlock(lock);
7878                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7879                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7880                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7881                                         goto restart;
7882                                 }
7883                         }
7884                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7885                         mask = 0;
7886                         if (modified) {
7887                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7888                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7889                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7890                         }
7891                         if (accessed) {
7892                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7893                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7894                                 mask |= PG_V | PG_A;
7895                         }
7896                         rv = (*pte & mask) == mask;
7897                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7898                         if (rv)
7899                                 goto out;
7900                 }
7901         }
7902 out:
7903         rw_runlock(lock);
7904         return (rv);
7905 }
7906
7907 /*
7908  *      pmap_is_modified:
7909  *
7910  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7911  *      in any physical maps.
7912  */
7913 boolean_t
7914 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7915 {
7916
7917         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7918             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7919
7920         /*
7921          * If the page is not busied then this check is racy.
7922          */
7923         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7924                 return (FALSE);
7925         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7926 }
7927
7928 /*
7929  *      pmap_is_prefaultable:
7930  *
7931  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7932  *      for prefault.
7933  */
7934 boolean_t
7935 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7936 {
7937         pd_entry_t *pde;
7938         pt_entry_t *pte, PG_V;
7939         boolean_t rv;
7940
7941         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7942         rv = FALSE;
7943         PMAP_LOCK(pmap);
7944         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7945         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7946                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7947                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7948         }
7949         PMAP_UNLOCK(pmap);
7950         return (rv);
7951 }
7952
7953 /*
7954  *      pmap_is_referenced:
7955  *
7956  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7957  *      in any physical maps.
7958  */
7959 boolean_t
7960 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7961 {
7962
7963         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7964             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7965         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7966 }
7967
7968 /*
7969  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7970  */
7971 void
7972 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7973 {
7974         struct md_page *pvh;
7975         pmap_t pmap;
7976         struct rwlock *lock;
7977         pv_entry_t next_pv, pv;
7978         pd_entry_t *pde;
7979         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7980         vm_offset_t va;
7981         int pvh_gen, md_gen;
7982
7983         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7984             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7985
7986         vm_page_assert_busied(m);
7987         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7988                 return;
7989
7990         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7991         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7992             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7993 retry_pv_loop:
7994         rw_wlock(lock);
7995         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7996                 pmap = PV_PMAP(pv);
7997                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7998                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7999                         rw_wunlock(lock);
8000                         PMAP_LOCK(pmap);
8001                         rw_wlock(lock);
8002                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8003                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8004                                 rw_wunlock(lock);
8005                                 goto retry_pv_loop;
8006                         }
8007                 }
8008                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8009                 va = pv->pv_va;
8010                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8011                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
8012                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
8013                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8014                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8015                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8016                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8017         }
8018         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8019                 pmap = PV_PMAP(pv);
8020                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8021                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8022                         md_gen = m->md.pv_gen;
8023                         rw_wunlock(lock);
8024                         PMAP_LOCK(pmap);
8025                         rw_wlock(lock);
8026                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
8027                             md_gen != m->md.pv_gen) {
8028                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8029                                 rw_wunlock(lock);
8030                                 goto retry_pv_loop;
8031                         }
8032                 }
8033                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8034                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8035                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8036                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8037                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
8038                     m));
8039                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8040 retry:
8041                 oldpte = *pte;
8042                 if (oldpte & PG_RW) {
8043                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
8044                             ~(PG_RW | PG_M)))
8045                                 goto retry;
8046                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
8047                                 vm_page_dirty(m);
8048                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8049                 }
8050                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8051         }
8052         rw_wunlock(lock);
8053         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
8054         pmap_delayed_invl_wait(m);
8055 }
8056
8057 static __inline boolean_t
8058 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
8059 {
8060
8061         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8062                 return (TRUE);
8063
8064         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
8065
8066         /*
8067          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
8068          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
8069          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
8070          */
8071         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
8072                 return (FALSE);
8073
8074         /*
8075          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
8076          */
8077         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
8078             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
8079                 return (TRUE);
8080         else
8081                 return (FALSE);
8082 }
8083
8084 /*
8085  *      pmap_ts_referenced:
8086  *
8087  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
8088  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
8089  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
8090  *      reference bits set.
8091  *
8092  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
8093  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
8094  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
8095  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
8096  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
8097  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
8098  *      to pmap_is_modified().
8099  *
8100  *      A DI block is not needed within this function, because
8101  *      invalidations are performed before the PV list lock is
8102  *      released.
8103  */
8104 int
8105 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
8106 {
8107         struct md_page *pvh;
8108         pv_entry_t pv, pvf;
8109         pmap_t pmap;
8110         struct rwlock *lock;
8111         pd_entry_t oldpde, *pde;
8112         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
8113         vm_offset_t va;
8114         vm_paddr_t pa;
8115         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
8116         struct spglist free;
8117         boolean_t demoted;
8118
8119         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8120             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
8121         SLIST_INIT(&free);
8122         cleared = 0;
8123         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
8124         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
8125         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
8126         rw_wlock(lock);
8127 retry:
8128         not_cleared = 0;
8129         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
8130                 goto small_mappings;
8131         pv = pvf;
8132         do {
8133                 if (pvf == NULL)
8134                         pvf = pv;
8135                 pmap = PV_PMAP(pv);
8136                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8137                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8138                         rw_wunlock(lock);
8139                         PMAP_LOCK(pmap);
8140                         rw_wlock(lock);
8141                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8142                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8143                                 goto retry;
8144                         }
8145                 }
8146                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8147                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8148                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8149                 va = pv->pv_va;
8150                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8151                 oldpde = *pde;
8152                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8153                         /*
8154                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
8155                          * this function is called at a 4KB page granularity,
8156                          * we only update the 4KB page under test.
8157                          */
8158                         vm_page_dirty(m);
8159                 }
8160                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
8161                         /*
8162                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
8163                          * pages, it should not be cleared every time it is
8164                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
8165                          * physical page number, the virtual superpage number,
8166                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
8167                          * the 512 on which testing the reference bit will
8168                          * result in clearing that reference bit.  This
8169                          * function is designed to avoid the selection of the
8170                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
8171                          *
8172                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
8173                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
8174                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
8175                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
8176                          * since the superpage is wired, the current state of
8177                          * its reference bit won't affect page replacement.
8178                          */
8179                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
8180                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
8181                             (oldpde & PG_W) == 0) {
8182                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
8183                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
8184                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8185                                         demoted = FALSE;
8186                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
8187                                     pv->pv_va, &lock)) {
8188                                         /*
8189                                          * Remove the mapping to a single page
8190                                          * so that a subsequent access may
8191                                          * repromote.  Since the underlying
8192                                          * page table page is fully populated,
8193                                          * this removal never frees a page
8194                                          * table page.
8195                                          */
8196                                         demoted = TRUE;
8197                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
8198                                             PG_PS_FRAME);
8199                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8200                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
8201                                             NULL, &lock);
8202                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8203                                 } else
8204                                         demoted = TRUE;
8205
8206                                 if (demoted) {
8207                                         /*
8208                                          * The superpage mapping was removed
8209                                          * entirely and therefore 'pv' is no
8210                                          * longer valid.
8211                                          */
8212                                         if (pvf == pv)
8213                                                 pvf = NULL;
8214                                         pv = NULL;
8215                                 }
8216                                 cleared++;
8217                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8218                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8219                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8220                         } else
8221                                 not_cleared++;
8222                 }
8223                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8224                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8225                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8226                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8227                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
8228                         pvh->pv_gen++;
8229                 }
8230                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
8231                         goto out;
8232         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
8233 small_mappings:
8234         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
8235                 goto out;
8236         pv = pvf;
8237         do {
8238                 if (pvf == NULL)
8239                         pvf = pv;
8240                 pmap = PV_PMAP(pv);
8241                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8242                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8243                         md_gen = m->md.pv_gen;
8244                         rw_wunlock(lock);
8245                         PMAP_LOCK(pmap);
8246                         rw_wlock(lock);
8247                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8248                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8249                                 goto retry;
8250                         }
8251                 }
8252                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8253                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8254                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8255                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8256                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
8257                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
8258                     m));
8259                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8260                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8261                         vm_page_dirty(m);
8262                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
8263                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
8264                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8265                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8266                                 cleared++;
8267                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
8268                                 /*
8269                                  * Wired pages cannot be paged out so
8270                                  * doing accessed bit emulation for
8271                                  * them is wasted effort. We do the
8272                                  * hard work for unwired pages only.
8273                                  */
8274                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
8275                                     *pde, &free, &lock);
8276                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8277                                 cleared++;
8278                                 if (pvf == pv)
8279                                         pvf = NULL;
8280                                 pv = NULL;
8281                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
8282                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
8283                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
8284                         } else
8285                                 not_cleared++;
8286                 }
8287                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8288                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
8289                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
8290                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8291                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
8292                         m->md.pv_gen++;
8293                 }
8294         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
8295             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
8296 out:
8297         rw_wunlock(lock);
8298         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
8299         return (cleared + not_cleared);
8300 }
8301
8302 /*
8303  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
8304  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
8305  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
8306  */
8307 void
8308 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
8309 {
8310         struct rwlock *lock;
8311         pml4_entry_t *pml4e;
8312         pdp_entry_t *pdpe;
8313         pd_entry_t oldpde, *pde;
8314         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
8315         vm_offset_t va, va_next;
8316         vm_page_t m;
8317         bool anychanged;
8318
8319         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
8320                 return;
8321
8322         /*
8323          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
8324          * the modified and accessed bits below. Since this function is
8325          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
8326          * A/D bit emulation.
8327          */
8328         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
8329                 return;
8330
8331         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8332         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
8333         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8334         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8335         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8336         anychanged = false;
8337         pmap_delayed_invl_start();
8338         PMAP_LOCK(pmap);
8339         for (; sva < eva; sva = va_next) {
8340                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
8341                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
8342                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
8343                         if (va_next < sva)
8344                                 va_next = eva;
8345                         continue;
8346                 }
8347                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
8348                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
8349                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
8350                         if (va_next < sva)
8351                                 va_next = eva;
8352                         continue;
8353                 }
8354                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
8355                 if (va_next < sva)
8356                         va_next = eva;
8357                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
8358                 oldpde = *pde;
8359                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
8360                         continue;
8361                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
8362                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
8363                                 continue;
8364                         lock = NULL;
8365                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
8366                                 if (lock != NULL)
8367                                         rw_wunlock(lock);
8368
8369                                 /*
8370                                  * The large page mapping was destroyed.
8371                                  */
8372                                 continue;
8373                         }
8374
8375                         /*
8376                          * Unless the page mappings are wired, remove the
8377                          * mapping to a single page so that a subsequent
8378                          * access may repromote.  Choosing the last page
8379                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
8380                          * generally results in more repromotions.  Since the
8381                          * underlying page table page is fully populated, this
8382                          * removal never frees a page table page.
8383                          */
8384                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
8385                                 va = eva;
8386                                 if (va > va_next)
8387                                         va = va_next;
8388                                 va -= PAGE_SIZE;
8389                                 KASSERT(va >= sva,
8390                                     ("pmap_advise: no address gap"));
8391                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8392                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
8393                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
8394                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
8395                                     &lock);
8396                                 anychanged = true;
8397                         }
8398                         if (lock != NULL)
8399                                 rw_wunlock(lock);
8400                 }
8401                 if (va_next > eva)
8402                         va_next = eva;
8403                 va = va_next;
8404                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8405                     sva += PAGE_SIZE) {
8406                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8407                                 goto maybe_invlrng;
8408                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8409                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8410                                         /*
8411                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8412                                          * can be avoided by making the page
8413                                          * dirty now.
8414                                          */
8415                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8416                                         vm_page_dirty(m);
8417                                 }
8418                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8419                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8420                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8421                         else
8422                                 goto maybe_invlrng;
8423
8424                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8425                                 if (va == va_next)
8426                                         va = sva;
8427                         } else
8428                                 anychanged = true;
8429                         continue;
8430 maybe_invlrng:
8431                         if (va != va_next) {
8432                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8433                                 va = va_next;
8434                         }
8435                 }
8436                 if (va != va_next)
8437                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8438         }
8439         if (anychanged)
8440                 pmap_invalidate_all(pmap);
8441         PMAP_UNLOCK(pmap);
8442         pmap_delayed_invl_finish();
8443 }
8444
8445 /*
8446  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8447  */
8448 void
8449 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8450 {
8451         struct md_page *pvh;
8452         pmap_t pmap;
8453         pv_entry_t next_pv, pv;
8454         pd_entry_t oldpde, *pde;
8455         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8456         struct rwlock *lock;
8457         vm_offset_t va;
8458         int md_gen, pvh_gen;
8459
8460         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8461             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8462         vm_page_assert_busied(m);
8463
8464         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8465                 return;
8466         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8467             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8468         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8469         rw_wlock(lock);
8470 restart:
8471         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8472                 pmap = PV_PMAP(pv);
8473                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8474                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8475                         rw_wunlock(lock);
8476                         PMAP_LOCK(pmap);
8477                         rw_wlock(lock);
8478                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8479                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8480                                 goto restart;
8481                         }
8482                 }
8483                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8484                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8485                 va = pv->pv_va;
8486                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8487                 oldpde = *pde;
8488                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8489                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8490                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8491                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8492                         /*
8493                          * Write protect the mapping to a single page so that
8494                          * a subsequent write access may repromote.
8495                          */
8496                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8497                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8498                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8499                         vm_page_dirty(m);
8500                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8501                 }
8502                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8503         }
8504         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8505                 pmap = PV_PMAP(pv);
8506                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8507                         md_gen = m->md.pv_gen;
8508                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8509                         rw_wunlock(lock);
8510                         PMAP_LOCK(pmap);
8511                         rw_wlock(lock);
8512                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8513                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8514                                 goto restart;
8515                         }
8516                 }
8517                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8518                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8519                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8520                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8521                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8522                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8523                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8524                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8525                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8526                 }
8527                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8528         }
8529         rw_wunlock(lock);
8530 }
8531
8532 /*
8533  * Miscellaneous support routines follow
8534  */
8535
8536 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8537 static __inline void
8538 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8539 {
8540         u_long opte, npte;
8541
8542         opte = *(u_long *)pte;
8543         do {
8544                 npte = opte & ~mask;
8545                 npte |= bits;
8546         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8547             npte));
8548 }
8549
8550 /*
8551  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8552  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8553  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8554  * NOT real memory.
8555  */
8556 static void *
8557 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8558 {
8559         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8560         vm_offset_t va, offset;
8561         vm_size_t tmpsize;
8562         int i;
8563
8564         offset = pa & PAGE_MASK;
8565         size = round_page(offset + size);
8566         pa = trunc_page(pa);
8567
8568         if (!pmap_initialized) {
8569                 va = 0;
8570                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8571                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8572                         if (ppim->va == 0) {
8573                                 ppim->pa = pa;
8574                                 ppim->sz = size;
8575                                 ppim->mode = mode;
8576                                 ppim->va = virtual_avail;
8577                                 virtual_avail += size;
8578                                 va = ppim->va;
8579                                 break;
8580                         }
8581                 }
8582                 if (va == 0)
8583                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8584         } else {
8585                 /*
8586                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8587                  */
8588                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8589                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8590                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8591                             (ppim->mode == mode ||
8592                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8593                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8594                 }
8595                 /*
8596                  * If the specified range of physical addresses fits within
8597                  * the direct map window, use the direct map.
8598                  */
8599                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8600                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8601                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8602                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8603                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8604                                     PROT_NONE, mode, flags);
8605                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8606                         } else
8607                                 i = 0;
8608                         if (!i)
8609                                 return ((void *)(va + offset));
8610                 }
8611                 va = kva_alloc(size);
8612                 if (va == 0)
8613                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8614         }
8615         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8616                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8617         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8618         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8619                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8620         return ((void *)(va + offset));
8621 }
8622
8623 void *
8624 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8625 {
8626
8627         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8628             MAPDEV_SETATTR));
8629 }
8630
8631 void *
8632 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8633 {
8634
8635         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8636 }
8637
8638 void *
8639 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8640 {
8641
8642         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8643             MAPDEV_SETATTR));
8644 }
8645
8646 void *
8647 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8648 {
8649
8650         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8651             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8652 }
8653
8654 void
8655 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8656 {
8657         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8658         vm_offset_t offset;
8659         int i;
8660
8661         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8662         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8663                 return;
8664         offset = va & PAGE_MASK;
8665         size = round_page(offset + size);
8666         va = trunc_page(va);
8667         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8668                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8669                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8670                         if (pmap_initialized)
8671                                 return;
8672                         ppim->pa = 0;
8673                         ppim->va = 0;
8674                         ppim->sz = 0;
8675                         ppim->mode = 0;
8676                         if (va + size == virtual_avail)
8677                                 virtual_avail = va;
8678                         return;
8679                 }
8680         }
8681         if (pmap_initialized) {
8682                 pmap_qremove(va, atop(size));
8683                 kva_free(va, size);
8684         }
8685 }
8686
8687 /*
8688  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8689  */
8690 static boolean_t
8691 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8692 {
8693         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8694         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8695         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8696         vm_paddr_t pdpgpa;
8697         vm_page_t pdpg;
8698
8699         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8700         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8701         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8702         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8703
8704         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8705         oldpdpe = *pdpe;
8706         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8707             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8708         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8709             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8710                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8711                     " in pmap %p", va, pmap);
8712                 return (FALSE);
8713         }
8714         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8715         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8716         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8717         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8718             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8719         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8720             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8721         newpde = oldpdpe;
8722
8723         /*
8724          * Initialize the page directory page.
8725          */
8726         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8727                 *pde = newpde;
8728                 newpde += NBPDR;
8729         }
8730
8731         /*
8732          * Demote the mapping.
8733          */
8734         *pdpe = newpdpe;
8735
8736         /*
8737          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8738          */
8739         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8740
8741         pmap_pdpe_demotions++;
8742         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8743             " in pmap %p", va, pmap);
8744         return (TRUE);
8745 }
8746
8747 /*
8748  * Sets the memory attribute for the specified page.
8749  */
8750 void
8751 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8752 {
8753
8754         m->md.pat_mode = ma;
8755
8756         /*
8757          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8758          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8759          * required for data coherence.
8760          */
8761         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8762             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8763             m->md.pat_mode))
8764                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8765 }
8766
8767 /*
8768  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8769  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8770  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8771  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8772  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8773  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8774  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8775  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8776  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8777  * same physical page have different memory types.
8778  *
8779  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8780  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8781  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8782  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8783  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8784  * virtual address range or the direct map.
8785  */
8786 int
8787 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8788 {
8789         int error;
8790
8791         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8792         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8793             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8794         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8795         return (error);
8796 }
8797
8798 /*
8799  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8800  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8801  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8802  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8803  * map are never executable.
8804  */
8805 int
8806 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8807 {
8808         int error;
8809
8810         /* Only supported within the kernel map. */
8811         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8812                 return (EINVAL);
8813
8814         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8815         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8816             MAPDEV_ASSERTVALID);
8817         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8818         return (error);
8819 }
8820
8821 static int
8822 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8823     int mode, int flags)
8824 {
8825         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8826         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8827         pdp_entry_t *pdpe;
8828         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8829         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8830         int error;
8831         bool changed;
8832
8833         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8834         base = trunc_page(va);
8835         offset = va & PAGE_MASK;
8836         size = round_page(offset + size);
8837
8838         /*
8839          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8840          * map but excluding the recursive map.
8841          */
8842         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8843                 return (EINVAL);
8844
8845         /*
8846          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8847          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8848          *
8849          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8850          */
8851         pde_bits = pte_bits = 0;
8852         pde_mask = pte_mask = 0;
8853         if (mode != -1) {
8854                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8855                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8856                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8857                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8858         }
8859         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8860                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8861                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8862                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8863                 }
8864                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8865                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8866                         pde_bits |= pg_nx;
8867                         pte_bits |= pg_nx;
8868                 }
8869                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8870                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8871         }
8872
8873         /*
8874          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8875          * into 4KB pages if required.
8876          */
8877         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8878                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8879                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8880                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8881                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8882                         return (EINVAL);
8883                 }
8884                 if (*pdpe & PG_PS) {
8885                         /*
8886                          * If the current 1GB page already has the required
8887                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8888                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8889                          */
8890                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8891                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8892                                 continue;
8893                         }
8894
8895                         /*
8896                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8897                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8898                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8899                          */
8900                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8901                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8902                                 tmpva += NBPDP;
8903                                 continue;
8904                         }
8905                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8906                                 return (ENOMEM);
8907                 }
8908                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8909                 if (*pde == 0) {
8910                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8911                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8912                         return (EINVAL);
8913                 }
8914                 if (*pde & PG_PS) {
8915                         /*
8916                          * If the current 2MB page already has the required
8917                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8918                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8919                          */
8920                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8921                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8922                                 continue;
8923                         }
8924
8925                         /*
8926                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8927                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8928                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8929                          */
8930                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8931                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8932                                 tmpva += NBPDR;
8933                                 continue;
8934                         }
8935                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8936                                 return (ENOMEM);
8937                 }
8938                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8939                 if (*pte == 0) {
8940                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8941                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8942                         return (EINVAL);
8943                 }
8944                 tmpva += PAGE_SIZE;
8945         }
8946         error = 0;
8947
8948         /*
8949          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8950          * properties if required.
8951          */
8952         changed = false;
8953         pa_start = pa_end = 0;
8954         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8955                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8956                 if (*pdpe & PG_PS) {
8957                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8958                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8959                                 changed = true;
8960                         }
8961                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8962                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8963                                 if (pa_start == pa_end) {
8964                                         /* Start physical address run. */
8965                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8966                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8967                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8968                                         pa_end += NBPDP;
8969                                 else {
8970                                         /* Run ended, update direct map. */
8971                                         error = pmap_change_props_locked(
8972                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8973                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8974                                             flags);
8975                                         if (error != 0)
8976                                                 break;
8977                                         /* Start physical address run. */
8978                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8979                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8980                                 }
8981                         }
8982                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8983                         continue;
8984                 }
8985                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8986                 if (*pde & PG_PS) {
8987                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8988                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8989                                 changed = true;
8990                         }
8991                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8992                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8993                                 if (pa_start == pa_end) {
8994                                         /* Start physical address run. */
8995                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8996                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8997                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8998                                         pa_end += NBPDR;
8999                                 else {
9000                                         /* Run ended, update direct map. */
9001                                         error = pmap_change_props_locked(
9002                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9003                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9004                                             flags);
9005                                         if (error != 0)
9006                                                 break;
9007                                         /* Start physical address run. */
9008                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
9009                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
9010                                 }
9011                         }
9012                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
9013                 } else {
9014                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
9015                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
9016                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
9017                                 changed = true;
9018                         }
9019                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
9020                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
9021                                 if (pa_start == pa_end) {
9022                                         /* Start physical address run. */
9023                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9024                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9025                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
9026                                         pa_end += PAGE_SIZE;
9027                                 else {
9028                                         /* Run ended, update direct map. */
9029                                         error = pmap_change_props_locked(
9030                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9031                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
9032                                             flags);
9033                                         if (error != 0)
9034                                                 break;
9035                                         /* Start physical address run. */
9036                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
9037                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
9038                                 }
9039                         }
9040                         tmpva += PAGE_SIZE;
9041                 }
9042         }
9043         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
9044                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
9045                 if (pa_start != pa_end1)
9046                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
9047                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
9048         }
9049
9050         /*
9051          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
9052          * shouldn't be, etc.
9053          */
9054         if (changed) {
9055                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
9056                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
9057                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
9058         }
9059         return (error);
9060 }
9061
9062 /*
9063  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
9064  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
9065  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
9066  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
9067  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
9068  */
9069 void
9070 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
9071 {
9072         pdp_entry_t *pdpe;
9073         pd_entry_t *pde;
9074         vm_offset_t va;
9075         boolean_t changed;
9076
9077         if (len == 0)
9078                 return;
9079         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
9080         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
9081             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
9082         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
9083                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
9084                 changed = FALSE;
9085                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9086                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
9087                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
9088                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
9089                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
9090                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
9091                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
9092                         changed = TRUE;
9093                 }
9094                 if (len < NBPDR) {
9095                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9096                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
9097                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
9098                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9099                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
9100                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
9101                                 changed = TRUE;
9102                         }
9103                 }
9104                 if (changed && invalidate)
9105                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
9106                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9107         }
9108 }
9109
9110 /*
9111  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
9112  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
9113  * find other mappings.
9114  */
9115 int
9116 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
9117 {
9118         pd_entry_t *pdep;
9119         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9120         vm_paddr_t pa;
9121         int val;
9122
9123         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9124         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9125         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9126         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9127
9128         PMAP_LOCK(pmap);
9129         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
9130         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
9131                 if (*pdep & PG_PS) {
9132                         pte = *pdep;
9133                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
9134                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
9135                             PG_FRAME;
9136                         val = MINCORE_SUPER;
9137                 } else {
9138                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
9139                         pa = pte & PG_FRAME;
9140                         val = 0;
9141                 }
9142         } else {
9143                 pte = 0;
9144                 pa = 0;
9145                 val = 0;
9146         }
9147         if ((pte & PG_V) != 0) {
9148                 val |= MINCORE_INCORE;
9149                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
9150                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
9151                 if ((pte & PG_A) != 0)
9152                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
9153         }
9154         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
9155             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
9156             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
9157                 *pap = pa;
9158         }
9159         PMAP_UNLOCK(pmap);
9160         return (val);
9161 }
9162
9163 static uint64_t
9164 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9165 {
9166         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
9167
9168         CRITICAL_ASSERT(curthread);
9169         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
9170         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
9171                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
9172         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
9173                 return (CR3_PCID_SAVE);
9174         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
9175         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9176             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
9177             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
9178         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
9179             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
9180                 new_gen = gen + 1;
9181                 if (new_gen == 0)
9182                         new_gen = 1;
9183                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
9184                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
9185         } else {
9186                 new_gen = gen;
9187         }
9188         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
9189         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
9190         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
9191         return (0);
9192 }
9193
9194 static uint64_t
9195 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
9196 {
9197         uint64_t cached;
9198
9199         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
9200         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
9201             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
9202             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9203         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
9204             pmap == kernel_pmap,
9205             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
9206             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
9207         return (cached);
9208 }
9209
9210 static void
9211 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
9212 {
9213
9214         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
9215             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
9216 }
9217
9218 static void
9219 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
9220 {
9221         pmap_t old_pmap;
9222         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
9223
9224         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9225             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9226
9227         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
9228         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
9229                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
9230                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
9231                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
9232                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
9233         }
9234
9235         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9236         cr3 = rcr3();
9237         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9238                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
9239         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9240         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
9241         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9242             PMAP_PCID_USER_PT;
9243
9244         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
9245                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
9246
9247         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
9248         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
9249         if (cached)
9250                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9251
9252         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9253 }
9254
9255 static void
9256 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9257     u_int cpuid)
9258 {
9259         uint64_t cached, cr3;
9260
9261         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
9262             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
9263
9264         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
9265         cr3 = rcr3();
9266         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
9267                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
9268                     cached);
9269         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9270         if (cached)
9271                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
9272 }
9273
9274 static void
9275 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
9276     u_int cpuid __unused)
9277 {
9278
9279         load_cr3(pmap->pm_cr3);
9280         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9281 }
9282
9283 static void
9284 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
9285     u_int cpuid __unused)
9286 {
9287
9288         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
9289         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
9290         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
9291         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
9292 }
9293
9294 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
9295     u_int))
9296 {
9297
9298         if (pmap_pcid_enabled && pti)
9299                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
9300         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
9301                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
9302         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
9303                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
9304         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
9305                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
9306 }
9307
9308 void
9309 pmap_activate_sw(struct thread *td)
9310 {
9311         pmap_t oldpmap, pmap;
9312         u_int cpuid;
9313
9314         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
9315         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
9316         if (oldpmap == pmap) {
9317                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9318                         mfence();
9319                 return;
9320         }
9321         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9322 #ifdef SMP
9323         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9324 #else
9325         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9326 #endif
9327         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
9328 #ifdef SMP
9329         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9330 #else
9331         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
9332 #endif
9333 }
9334
9335 void
9336 pmap_activate(struct thread *td)
9337 {
9338         /*
9339          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
9340          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
9341          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
9342          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
9343          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
9344          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
9345          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
9346          * stale TLB entries.
9347          *
9348          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
9349          * a context switch, is immune to this race, because
9350          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
9351          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
9352          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
9353          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
9354          */
9355         spinlock_enter();
9356         pmap_activate_sw(td);
9357         spinlock_exit();
9358 }
9359
9360 void
9361 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
9362 {
9363         uint64_t kcr3;
9364         u_int cpuid;
9365
9366         /*
9367          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
9368          * by never activating it at all.
9369          */
9370         MPASS(pmap != kernel_pmap);
9371
9372         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
9373 #ifdef SMP
9374         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
9375 #else
9376         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
9377 #endif
9378         PCPU_SET(curpmap, pmap);
9379         if (pti) {
9380                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
9381                 if (pmap_pcid_enabled)
9382                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
9383         } else {
9384                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9385         }
9386         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9387         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9388 }
9389
9390 void
9391 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9392 {
9393 }
9394
9395 /*
9396  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9397  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9398  */
9399 void
9400 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9401     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9402 {
9403         vm_offset_t superpage_offset;
9404
9405         if (size < NBPDR)
9406                 return;
9407         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9408                 offset += ptoa(object->pg_color);
9409         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9410         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9411             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9412                 return;
9413         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9414                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9415         else
9416                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9417 }
9418
9419 #ifdef INVARIANTS
9420 static unsigned long num_dirty_emulations;
9421 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9422              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9423
9424 static unsigned long num_accessed_emulations;
9425 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9426              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9427
9428 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9429 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9430              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9431
9432 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9433 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9434              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9435 #endif  /* INVARIANTS */
9436
9437 int
9438 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9439 {
9440         int rv;
9441         struct rwlock *lock;
9442 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9443         vm_page_t m, mpte;
9444 #endif
9445         pd_entry_t *pde;
9446         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9447
9448         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9449             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9450
9451         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9452                 return (-1);
9453
9454         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9455         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9456         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9457         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9458
9459         rv = -1;
9460         lock = NULL;
9461         PMAP_LOCK(pmap);
9462
9463         pde = pmap_pde(pmap, va);
9464         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9465                 goto done;
9466
9467         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9468                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9469 #ifdef INVARIANTS
9470                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9471 #endif
9472                         *pde |= PG_A;
9473                         rv = 0;
9474                 }
9475                 goto done;
9476         }
9477
9478         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9479         if ((*pte & PG_V) == 0)
9480                 goto done;
9481
9482         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9483                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9484                         goto done;
9485                 /*
9486                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9487                  *
9488                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9489                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9490                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9491                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9492                  * and PG_M simultaneously.
9493                  */
9494                 *pte |= PG_M | PG_A;
9495         } else {
9496                 *pte |= PG_A;
9497         }
9498
9499 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9500         /* try to promote the mapping */
9501         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9502                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9503         else
9504                 mpte = NULL;
9505
9506         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9507
9508         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9509             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9510             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9511             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9512                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9513 #ifdef INVARIANTS
9514                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9515 #endif
9516         }
9517 #endif
9518
9519 #ifdef INVARIANTS
9520         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9521                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9522         else
9523                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9524 #endif
9525         rv = 0;         /* success */
9526 done:
9527         if (lock != NULL)
9528                 rw_wunlock(lock);
9529         PMAP_UNLOCK(pmap);
9530         return (rv);
9531 }
9532
9533 void
9534 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9535 {
9536         pml4_entry_t *pml4;
9537         pdp_entry_t *pdp;
9538         pd_entry_t *pde;
9539         pt_entry_t *pte, PG_V;
9540         int idx;
9541
9542         idx = 0;
9543         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9544         PMAP_LOCK(pmap);
9545
9546         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9547         ptr[idx++] = *pml4;
9548         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9549                 goto done;
9550
9551         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9552         ptr[idx++] = *pdp;
9553         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9554                 goto done;
9555
9556         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9557         ptr[idx++] = *pde;
9558         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9559                 goto done;
9560
9561         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9562         ptr[idx++] = *pte;
9563
9564 done:
9565         PMAP_UNLOCK(pmap);
9566         *num = idx;
9567 }
9568
9569 /**
9570  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9571  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9572  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9573  *
9574  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9575  *                    address on the kernel memory map.
9576  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9577  *                    of the pages passed in the page parameter.
9578  * \param count       Number of pages passed in.
9579  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9580  *                    page faults, FALSE otherwise.
9581  *
9582  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9583  *          finished or FALSE otherwise.
9584  *
9585  */
9586 boolean_t
9587 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9588     boolean_t can_fault)
9589 {
9590         vm_paddr_t paddr;
9591         boolean_t needs_mapping;
9592         pt_entry_t *pte;
9593         int cache_bits, error __unused, i;
9594
9595         /*
9596          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9597          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9598          */
9599         needs_mapping = FALSE;
9600         for (i = 0; i < count; i++) {
9601                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9602                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9603                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9604                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9605                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9606                         needs_mapping = TRUE;
9607                 } else {
9608                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9609                 }
9610         }
9611
9612         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9613         if (!needs_mapping)
9614                 return (FALSE);
9615
9616         /*
9617          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9618          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9619          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9620          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9621          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9622          * after modifying the PTE bits is crucial.
9623          */
9624         if (!can_fault)
9625                 sched_pin();
9626         for (i = 0; i < count; i++) {
9627                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9628                 if (paddr >= dmaplimit) {
9629                         if (can_fault) {
9630                                 /*
9631                                  * Slow path, since we can get page faults
9632                                  * while mappings are active don't pin the
9633                                  * thread to the CPU and instead add a global
9634                                  * mapping visible to all CPUs.
9635                                  */
9636                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9637                         } else {
9638                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9639                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9640                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9641                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9642                                     cache_bits);
9643                                 invlpg(vaddr[i]);
9644                         }
9645                 }
9646         }
9647
9648         return (needs_mapping);
9649 }
9650
9651 void
9652 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9653     boolean_t can_fault)
9654 {
9655         vm_paddr_t paddr;
9656         int i;
9657
9658         if (!can_fault)
9659                 sched_unpin();
9660         for (i = 0; i < count; i++) {
9661                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9662                 if (paddr >= dmaplimit) {
9663                         if (can_fault)
9664                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9665                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9666                 }
9667         }
9668 }
9669
9670 vm_offset_t
9671 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9672 {
9673         vm_paddr_t paddr;
9674
9675         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9676         if (paddr < dmaplimit)
9677                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9678         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9679         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9680         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9681             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9682         return (qframe);
9683 }
9684
9685 void
9686 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9687 {
9688
9689         if (addr != qframe)
9690                 return;
9691         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9692         invlpg(qframe);
9693         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9694 }
9695
9696 /*
9697  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9698  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9699  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9700  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9701  * each allocated pmap.
9702  *
9703  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9704  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9705  * represents the number of valid entries within the page.
9706  */
9707 static vm_page_t
9708 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9709 {
9710         vm_page_t m;
9711
9712         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9713             VM_ALLOC_ZERO);
9714         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9715                 pmap_zero_page(m);
9716         return (m);
9717 }
9718
9719 static vm_page_t
9720 pmap_large_map_getptp(void)
9721 {
9722         vm_page_t m;
9723
9724         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9725         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9726         if (m == NULL) {
9727                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9728                 vm_wait(NULL);
9729                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9730                 /* Callers retry. */
9731         }
9732         return (m);
9733 }
9734
9735 static pdp_entry_t *
9736 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9737 {
9738         vm_pindex_t pml4_idx;
9739         vm_paddr_t mphys;
9740
9741         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9742         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9743             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9744             "%#jx lm_ents %d",
9745             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9746         KASSERT((kernel_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9747             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9748             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9749             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9750         mphys = kernel_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9751         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9752 }
9753
9754 static pd_entry_t *
9755 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9756 {
9757         pdp_entry_t *pdpe;
9758         vm_page_t m;
9759         vm_paddr_t mphys;
9760
9761 retry:
9762         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9763         if (*pdpe == 0) {
9764                 m = pmap_large_map_getptp();
9765                 if (m == NULL)
9766                         goto retry;
9767                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9768                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9769         } else {
9770                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9771                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9772         }
9773         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9774 }
9775
9776 static pt_entry_t *
9777 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9778 {
9779         pd_entry_t *pde;
9780         vm_page_t m;
9781         vm_paddr_t mphys;
9782
9783 retry:
9784         pde = pmap_large_map_pde(va);
9785         if (*pde == 0) {
9786                 m = pmap_large_map_getptp();
9787                 if (m == NULL)
9788                         goto retry;
9789                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9790                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9791                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9792         } else {
9793                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9794                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9795         }
9796         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9797 }
9798
9799 static vm_paddr_t
9800 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9801 {
9802         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9803         pd_entry_t *pde, pd;
9804         pt_entry_t *pte, pt;
9805
9806         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9807             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9808         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9809         pdp = *pdpe;
9810         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9811             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9812             (u_long)pdpe, pdp));
9813         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9814                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9815                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9816                     (u_long)pdpe, pdp));
9817                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9818         }
9819         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9820         pd = *pde;
9821         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9822             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9823         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9824                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9825         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9826         pt = *pte;
9827         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9828             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9829         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9830 }
9831
9832 static int
9833 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9834     vmem_addr_t *vmem_res)
9835 {
9836
9837         /*
9838          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9839          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9840          * freed.
9841          */
9842         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9843             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9844 }
9845
9846 int
9847 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9848     vm_memattr_t mattr)
9849 {
9850         pdp_entry_t *pdpe;
9851         pd_entry_t *pde;
9852         pt_entry_t *pte;
9853         vm_offset_t va, inc;
9854         vmem_addr_t vmem_res;
9855         vm_paddr_t pa;
9856         int error;
9857
9858         if (len == 0 || spa + len < spa)
9859                 return (EINVAL);
9860
9861         /* See if DMAP can serve. */
9862         if (spa + len <= dmaplimit) {
9863                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9864                 *addr = (void *)va;
9865                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9866         }
9867
9868         /*
9869          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9870          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9871          * failed.
9872          */
9873         error = ENOMEM;
9874         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9875             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9876                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9877                     &vmem_res);
9878         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9879             NBPDR) + NBPDR)
9880                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9881                     &vmem_res);
9882         if (error != 0)
9883                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9884         if (error != 0)
9885                 return (error);
9886
9887         /*
9888          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9889          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9890          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9891          */
9892         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9893         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9894             len -= inc) {
9895                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9896                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9897                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9898                         MPASS(*pdpe == 0);
9899                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9900                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9901                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9902                         inc = NBPDP;
9903                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9904                     (va & PDRMASK) == 0) {
9905                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9906                         MPASS(*pde == 0);
9907                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9908                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9909                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9910                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9911                             ref_count++;
9912                         inc = NBPDR;
9913                 } else {
9914                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9915                         MPASS(*pte == 0);
9916                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9917                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9918                             mattr, FALSE);
9919                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9920                             ref_count++;
9921                         inc = PAGE_SIZE;
9922                 }
9923         }
9924         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9925         MPASS(len == 0);
9926
9927         *addr = (void *)vmem_res;
9928         return (0);
9929 }
9930
9931 void
9932 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9933 {
9934         vm_offset_t sva, va;
9935         vm_size_t inc;
9936         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9937         pd_entry_t *pde, pd;
9938         pt_entry_t *pte;
9939         vm_page_t m;
9940         struct spglist spgf;
9941
9942         sva = (vm_offset_t)svaa;
9943         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9944             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9945                 return;
9946
9947         SLIST_INIT(&spgf);
9948         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9949             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9950             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9951         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9952         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9953                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9954                 pdp = *pdpe;
9955                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9956                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9957                     (u_long)pdpe, pdp));
9958                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9959                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9960                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9961                             (u_long)pdpe, pdp));
9962                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9963                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9964                             (u_long)pdpe, pdp));
9965                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9966                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9967                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9968                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9969                         *pdpe = 0;
9970                         inc = NBPDP;
9971                         continue;
9972                 }
9973                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9974                 pd = *pde;
9975                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9976                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9977                     (u_long)pde, pd));
9978                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9979                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9980                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9981                             (u_long)pde, pd));
9982                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9983                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9984                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9985                             pd, len));
9986                         pde_store(pde, 0);
9987                         inc = NBPDR;
9988                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9989                         m->ref_count--;
9990                         if (m->ref_count == 0) {
9991                                 *pdpe = 0;
9992                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9993                         }
9994                         continue;
9995                 }
9996                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9997                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9998                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9999                     (u_long)pte, *pte));
10000                 pte_clear(pte);
10001                 inc = PAGE_SIZE;
10002                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
10003                 m->ref_count--;
10004                 if (m->ref_count == 0) {
10005                         *pde = 0;
10006                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10007                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
10008                         m->ref_count--;
10009                         if (m->ref_count == 0) {
10010                                 *pdpe = 0;
10011                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
10012                         }
10013                 }
10014         }
10015         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
10016         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
10017         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
10018         vmem_free(large_vmem, sva, len);
10019 }
10020
10021 static void
10022 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
10023 {
10024
10025         mfence();
10026 }
10027
10028 static void
10029 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
10030 {
10031
10032         atomic_thread_fence_seq_cst();
10033 }
10034
10035 static void
10036 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
10037 {
10038 }
10039
10040 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
10041 {
10042
10043         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
10044                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
10045         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
10046             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
10047                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
10048         else
10049                 /* clflush is strongly enough ordered */
10050                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
10051 }
10052
10053 static void
10054 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10055 {
10056
10057         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10058             va += cpu_clflush_line_size)
10059                 clwb(va);
10060 }
10061
10062 static void
10063 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10064 {
10065
10066         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10067             va += cpu_clflush_line_size)
10068                 clflushopt(va);
10069 }
10070
10071 static void
10072 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
10073 {
10074
10075         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
10076             va += cpu_clflush_line_size)
10077                 clflush(va);
10078 }
10079
10080 static void
10081 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
10082 {
10083 }
10084
10085 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
10086 {
10087
10088         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
10089                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
10090         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
10091                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
10092         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
10093                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
10094         else
10095                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
10096 }
10097
10098 static void
10099 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10100 {
10101         volatile u_long *pe;
10102         u_long p;
10103         vm_offset_t va;
10104         vm_size_t inc;
10105         bool seen_other;
10106
10107         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
10108                 inc = 0;
10109                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
10110                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
10111                         p = *pe;
10112                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10113                                 inc = NBPDP;
10114                 }
10115                 if (inc == 0) {
10116                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
10117                         p = *pe;
10118                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
10119                                 inc = NBPDR;
10120                 }
10121                 if (inc == 0) {
10122                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
10123                         p = *pe;
10124                         inc = PAGE_SIZE;
10125                 }
10126                 seen_other = false;
10127                 for (;;) {
10128                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
10129                                 /*
10130                                  * Spin-wait for the end of a parallel
10131                                  * write-back.
10132                                  */
10133                                 cpu_spinwait();
10134                                 p = *pe;
10135
10136                                 /*
10137                                  * If we saw other write-back
10138                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
10139                                  * indicate state of the cache.  The
10140                                  * PG_M bit is cleared before the
10141                                  * flush to avoid ignoring new writes,
10142                                  * and writes which are relevant for
10143                                  * us might happen after.
10144                                  */
10145                                 seen_other = true;
10146                                 continue;
10147                         }
10148
10149                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
10150                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
10151                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
10152                                         /*
10153                                          * If we saw PG_M without
10154                                          * PG_AVAIL1, and then on the
10155                                          * next attempt we do not
10156                                          * observe either PG_M or
10157                                          * PG_AVAIL1, the other
10158                                          * write-back started after us
10159                                          * and finished before us.  We
10160                                          * can rely on it doing our
10161                                          * work.
10162                                          */
10163                                         continue;
10164                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
10165                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
10166                         }
10167                         break;
10168                 }
10169                 maybe_yield();
10170         }
10171 }
10172
10173 /*
10174  * Write-back cache lines for the given address range.
10175  *
10176  * Must be called only on the range or sub-range returned from
10177  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
10178  *
10179  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
10180  * instructions support.
10181  */
10182 void
10183 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
10184 {
10185         vm_offset_t eva, sva;
10186
10187         sva = (vm_offset_t)svap;
10188         eva = sva + len;
10189         pmap_large_map_wb_fence();
10190         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
10191                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
10192         } else {
10193                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
10194                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
10195                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
10196                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
10197         }
10198         pmap_large_map_wb_fence();
10199 }
10200
10201 static vm_page_t
10202 pmap_pti_alloc_page(void)
10203 {
10204         vm_page_t m;
10205
10206         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10207         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
10208             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
10209         return (m);
10210 }
10211
10212 static bool
10213 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
10214 {
10215
10216         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
10217         if (!vm_page_unwire_noq(m))
10218                 return (false);
10219         vm_page_free_zero(m);
10220         return (true);
10221 }
10222
10223 static void
10224 pmap_pti_init(void)
10225 {
10226         vm_page_t pml4_pg;
10227         pdp_entry_t *pdpe;
10228         vm_offset_t va;
10229         int i;
10230
10231         if (!pti)
10232                 return;
10233         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
10234         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10235         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
10236         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
10237         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
10238             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
10239                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10240                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
10241         }
10242         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
10243             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
10244         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
10245             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
10246         CPU_FOREACH(i) {
10247                 /* Doublefault stack IST 1 */
10248                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
10249                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10250                 /* NMI stack IST 2 */
10251                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10252                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10253                 /* MC# stack IST 3 */
10254                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
10255                     sizeof(struct nmi_pcpu);
10256                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10257                 /* DB# stack IST 4 */
10258                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
10259                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
10260         }
10261         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
10262             (vm_offset_t)etext, true);
10263         pti_finalized = true;
10264         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10265 }
10266 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
10267
10268 static pdp_entry_t *
10269 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
10270 {
10271         pml4_entry_t *pml4e;
10272         pdp_entry_t *pdpe;
10273         vm_page_t m;
10274         vm_pindex_t pml4_idx;
10275         vm_paddr_t mphys;
10276
10277         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10278
10279         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
10280         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
10281         m = NULL;
10282         if (*pml4e == 0) {
10283                 if (pti_finalized)
10284                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
10285                 m = pmap_pti_alloc_page();
10286                 if (*pml4e != 0) {
10287                         pmap_pti_free_page(m);
10288                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10289                 } else {
10290                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10291                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10292                 }
10293         } else {
10294                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
10295         }
10296         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
10297         return (pdpe);
10298 }
10299
10300 static void
10301 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
10302 {
10303         vm_page_t m;
10304
10305         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10306         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10307         m->ref_count++;
10308 }
10309
10310 static void
10311 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
10312 {
10313         vm_page_t m;
10314
10315         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10316         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
10317         MPASS(m->ref_count > 0);
10318         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
10319         pmap_pti_free_page(m);
10320 }
10321
10322 static void
10323 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
10324 {
10325         vm_page_t m;
10326         pd_entry_t *pde;
10327
10328         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10329         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
10330         MPASS(m->ref_count > 0);
10331         if (pmap_pti_free_page(m)) {
10332                 pde = pmap_pti_pde(va);
10333                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
10334                 *pde = 0;
10335                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
10336         }
10337 }
10338
10339 static pd_entry_t *
10340 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
10341 {
10342         pdp_entry_t *pdpe;
10343         pd_entry_t *pde;
10344         vm_page_t m;
10345         vm_pindex_t pd_idx;
10346         vm_paddr_t mphys;
10347
10348         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10349
10350         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
10351         if (*pdpe == 0) {
10352                 m = pmap_pti_alloc_page();
10353                 if (*pdpe != 0) {
10354                         pmap_pti_free_page(m);
10355                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10356                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10357                 } else {
10358                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10359                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10360                 }
10361         } else {
10362                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
10363                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
10364         }
10365
10366         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10367         pd_idx = pmap_pde_index(va);
10368         pde += pd_idx;
10369         return (pde);
10370 }
10371
10372 static pt_entry_t *
10373 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
10374 {
10375         pd_entry_t *pde;
10376         pt_entry_t *pte;
10377         vm_page_t m;
10378         vm_paddr_t mphys;
10379
10380         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10381
10382         pde = pmap_pti_pde(va);
10383         if (unwire_pde != NULL) {
10384                 *unwire_pde = true;
10385                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10386         }
10387         if (*pde == 0) {
10388                 m = pmap_pti_alloc_page();
10389                 if (*pde != 0) {
10390                         pmap_pti_free_page(m);
10391                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10392                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10393                 } else {
10394                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10395                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10396                         if (unwire_pde != NULL)
10397                                 *unwire_pde = false;
10398                 }
10399         } else {
10400                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10401                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10402         }
10403
10404         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10405         pte += pmap_pte_index(va);
10406
10407         return (pte);
10408 }
10409
10410 static void
10411 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10412 {
10413         vm_paddr_t pa;
10414         pd_entry_t *pde;
10415         pt_entry_t *pte, ptev;
10416         bool unwire_pde;
10417
10418         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10419
10420         sva = trunc_page(sva);
10421         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10422         eva = round_page(eva);
10423         MPASS(sva < eva);
10424         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10425                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10426                 pa = pmap_kextract(sva);
10427                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10428                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10429                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10430                 if (*pte == 0) {
10431                         pte_store(pte, ptev);
10432                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10433                 } else {
10434                         KASSERT(!pti_finalized,
10435                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10436                             sva, *pte, ptev));
10437                         KASSERT(*pte == ptev,
10438                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10439                             sva, *pte, ptev));
10440                 }
10441                 if (unwire_pde) {
10442                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10443                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10444                 }
10445         }
10446 }
10447
10448 void
10449 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10450 {
10451
10452         if (!pti)
10453                 return;
10454         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10455         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10456         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10457 }
10458
10459 void
10460 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10461 {
10462         pt_entry_t *pte;
10463         vm_offset_t va;
10464
10465         if (!pti)
10466                 return;
10467         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10468         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10469         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10470         MPASS(sva < eva);
10471         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10472         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10473                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10474                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10475                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10476                     (u_long)pte, *pte));
10477                 pte_clear(pte);
10478                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10479         }
10480         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10481         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10482 }
10483
10484 static void *
10485 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10486 {
10487         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10488
10489         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10490         if (new_node == NULL)
10491                 return (NULL);
10492         node = data;
10493         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10494         return (new_node);
10495 }
10496
10497 static void
10498 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10499 {
10500
10501         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10502 }
10503
10504 static int
10505 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10506     int flags)
10507 {
10508         struct pmap_pkru_range *ppr;
10509         int error;
10510
10511         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10512         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10513         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10514         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10515             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10516                 return (EBUSY);
10517         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10518         if (ppr == NULL)
10519                 return (ENOMEM);
10520         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10521         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10522         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10523         if (error != 0)
10524                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10525         return (error);
10526 }
10527
10528 static int
10529 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10530 {
10531
10532         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10533         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10534         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10535         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10536 }
10537
10538 static void
10539 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10540 {
10541
10542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10543         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10544             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10545                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10546 }
10547
10548 static bool
10549 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10550 {
10551         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10552         vm_offset_t va;
10553
10554         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10555         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10556             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10557             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10558                 return (true);
10559         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10560         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10561                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10562                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10563                         return (false);
10564                 if (ppr == NULL) {
10565                         va += PAGE_SIZE;
10566                         continue;
10567                 }
10568                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10569                         return (false);
10570                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10571         }
10572         return (true);
10573 }
10574
10575 static pt_entry_t
10576 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10577 {
10578         struct pmap_pkru_range *ppr;
10579
10580         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10581         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10582             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10583             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10584                 return (0);
10585         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10586         if (ppr != NULL)
10587                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10588         return (0);
10589 }
10590
10591 static bool
10592 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10593 {
10594         struct pmap_pkru_range *ppr;
10595
10596         ppr = r;
10597         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10598 }
10599
10600 static void
10601 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10602 {
10603
10604         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10605         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10606             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10607                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10608                     pred_pkru_on_remove);
10609         }
10610 }
10611
10612 static int
10613 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10614 {
10615
10616         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10617         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10618         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10619         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10620         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10621         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10622                 return (0);
10623         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10624 }
10625
10626 static void
10627 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10628     u_int keyidx)
10629 {
10630         pml4_entry_t *pml4e;
10631         pdp_entry_t *pdpe;
10632         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10633         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10634         vm_offset_t va, va_next;
10635         bool changed;
10636
10637         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10638         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10639         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10640
10641         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10642                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10643                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10644                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10645                         if (va_next < va)
10646                                 va_next = eva;
10647                         continue;
10648                 }
10649
10650                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10651                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10652                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10653                         if (va_next < va)
10654                                 va_next = eva;
10655                         continue;
10656                 }
10657
10658                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10659                 if (va_next < va)
10660                         va_next = eva;
10661
10662                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10663                 ptpaddr = *pde;
10664                 if (ptpaddr == 0)
10665                         continue;
10666
10667                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10668                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10669                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10670                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10671                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10672                                 if (newpde != ptpaddr) {
10673                                         *pde = newpde;
10674                                         changed = true;
10675                                 }
10676                                 continue;
10677                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10678                                 continue;
10679                         }
10680                 }
10681
10682                 if (va_next > eva)
10683                         va_next = eva;
10684
10685                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10686                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10687                         pte = *ptep;
10688                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10689                                 continue;
10690                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10691                         if (newpte != pte) {
10692                                 *ptep = newpte;
10693                                 changed = true;
10694                         }
10695                 }
10696         }
10697         if (changed)
10698                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10699 }
10700
10701 static int
10702 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10703     u_int keyidx, int flags)
10704 {
10705
10706         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10707             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10708                 return (EINVAL);
10709         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10710                 return (EFAULT);
10711         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10712                 return (ENOTSUP);
10713         return (0);
10714 }
10715
10716 int
10717 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10718     int flags)
10719 {
10720         int error;
10721
10722         sva = trunc_page(sva);
10723         eva = round_page(eva);
10724         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10725         if (error != 0)
10726                 return (error);
10727         for (;;) {
10728                 PMAP_LOCK(pmap);
10729                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10730                 if (error == 0)
10731                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10732                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10733                 if (error != ENOMEM)
10734                         break;
10735                 vm_wait(NULL);
10736         }
10737         return (error);
10738 }
10739
10740 int
10741 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10742 {
10743         int error;
10744
10745         sva = trunc_page(sva);
10746         eva = round_page(eva);
10747         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10748         if (error != 0)
10749                 return (error);
10750         for (;;) {
10751                 PMAP_LOCK(pmap);
10752                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10753                 if (error == 0)
10754                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10755                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10756                 if (error != ENOMEM)
10757                         break;
10758                 vm_wait(NULL);
10759         }
10760         return (error);
10761 }
10762
10763 /*
10764  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10765  * in various mapping attributes.
10766  */
10767 struct pmap_kernel_map_range {
10768         vm_offset_t sva;
10769         pt_entry_t attrs;
10770         int ptes;
10771         int pdes;
10772         int pdpes;
10773 };
10774
10775 static void
10776 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10777     vm_offset_t eva)
10778 {
10779         const char *mode;
10780         int i, pat_idx;
10781
10782         if (eva <= range->sva)
10783                 return;
10784
10785         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10786         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10787                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10788                         break;
10789
10790         switch (i) {
10791         case PAT_WRITE_BACK:
10792                 mode = "WB";
10793                 break;
10794         case PAT_WRITE_THROUGH:
10795                 mode = "WT";
10796                 break;
10797         case PAT_UNCACHEABLE:
10798                 mode = "UC";
10799                 break;
10800         case PAT_UNCACHED:
10801                 mode = "U-";
10802                 break;
10803         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10804                 mode = "WP";
10805                 break;
10806         case PAT_WRITE_COMBINING:
10807                 mode = "WC";
10808                 break;
10809         default:
10810                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10811                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10812                 mode = "??";
10813                 break;
10814         }
10815
10816         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10817             range->sva, eva,
10818             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10819             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10820             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10821             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10822             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10823
10824         /* Reset to sentinel value. */
10825         range->sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10826             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10827             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10828 }
10829
10830 /*
10831  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10832  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10833  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10834  */
10835 static bool
10836 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10837 {
10838         pt_entry_t diff, mask;
10839
10840         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10841         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10842         if (diff == 0)
10843                 return (true);
10844         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10845             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10846             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10847                 return (true);
10848         return (false);
10849 }
10850
10851 static void
10852 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10853     pt_entry_t attrs)
10854 {
10855
10856         memset(range, 0, sizeof(*range));
10857         range->sva = va;
10858         range->attrs = attrs;
10859 }
10860
10861 /*
10862  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10863  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10864  * begin a new run.
10865  */
10866 static void
10867 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10868     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10869     pt_entry_t pte)
10870 {
10871         pt_entry_t attrs;
10872
10873         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10874
10875         attrs |= pdpe & pg_nx;
10876         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10877         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10878                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10879         } else if (pde != 0) {
10880                 attrs |= pde & pg_nx;
10881                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10882         }
10883         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10884                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10885         } else if (pte != 0) {
10886                 attrs |= pte & pg_nx;
10887                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10888                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10889
10890                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10891                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10892                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10893         }
10894
10895         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10896                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10897                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10898         }
10899 }
10900
10901 static int
10902 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10903 {
10904         struct pmap_kernel_map_range range;
10905         struct sbuf sbuf, *sb;
10906         pml4_entry_t pml4e;
10907         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10908         pd_entry_t *pd, pde;
10909         pt_entry_t *pt, pte;
10910         vm_offset_t sva;
10911         vm_paddr_t pa;
10912         int error, i, j, k, l;
10913
10914         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10915         if (error != 0)
10916                 return (error);
10917         sb = &sbuf;
10918         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10919
10920         /* Sentinel value. */
10921         range.sva = la57 ? KV5ADDR(NPML5EPG - 1, NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10922             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1) : KV4ADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1,
10923             NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10924
10925         /*
10926          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10927          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10928          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10929          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10930          * valid before descending.
10931          */
10932         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10933                 switch (i) {
10934                 case PML4PML4I:
10935                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10936                         break;
10937                 case DMPML4I:
10938                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10939                         break;
10940                 case KPML4BASE:
10941                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10942                         break;
10943                 case LMSPML4I:
10944                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10945                         break;
10946                 }
10947
10948                 /* Convert to canonical form. */
10949                 if (sva == 1ul << 47)
10950                         sva |= -1ul << 48;
10951
10952 restart:
10953                 pml4e = kernel_pml4[i];
10954                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10955                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10956                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10957                         sva += NBPML4;
10958                         continue;
10959                 }
10960                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10961                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10962
10963                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10964                         pdpe = pdp[j];
10965                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10966                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10967                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10968                                 sva += NBPDP;
10969                                 continue;
10970                         }
10971                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10972                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10973                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10974                                 goto restart;
10975                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10976                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10977                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10978                                     0, 0);
10979                                 range.pdpes++;
10980                                 sva += NBPDP;
10981                                 continue;
10982                         }
10983                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10984
10985                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10986                                 pde = pd[k];
10987                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10988                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10989                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10990                                         sva += NBPDR;
10991                                         continue;
10992                                 }
10993                                 pa = pde & PG_FRAME;
10994                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10995                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10996                                         goto restart;
10997                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10998                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10999                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11000                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
11001                                         range.pdes++;
11002                                         sva += NBPDR;
11003                                         continue;
11004                                 }
11005                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
11006
11007                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
11008                                     sva += PAGE_SIZE) {
11009                                         pte = pt[l];
11010                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
11011                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
11012                                                     sva);
11013                                                 continue;
11014                                         }
11015                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
11016                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
11017                                         range.ptes++;
11018                                 }
11019                         }
11020                 }
11021         }
11022
11023         error = sbuf_finish(sb);
11024         sbuf_delete(sb);
11025         return (error);
11026 }
11027 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
11028     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
11029     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
11030     "Dump kernel address layout");
11031
11032 #ifdef DDB
11033 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
11034 {
11035         pmap_t pmap;
11036         pml5_entry_t *pml5;
11037         pml4_entry_t *pml4;
11038         pdp_entry_t *pdp;
11039         pd_entry_t *pde;
11040         pt_entry_t *pte, PG_V;
11041         vm_offset_t va;
11042
11043         if (!have_addr) {
11044                 db_printf("show pte addr\n");
11045                 return;
11046         }
11047         va = (vm_offset_t)addr;
11048
11049         if (kdb_thread != NULL)
11050                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
11051         else
11052                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11053
11054         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11055         db_printf("VA 0x%016lx", va);
11056
11057         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11058                 pml5 = pmap_pml5e(pmap, va);
11059                 db_printf(" pml5e 0x%016lx", *pml5);
11060                 if ((*pml5 & PG_V) == 0) {
11061                         db_printf("\n");
11062                         return;
11063                 }
11064                 pml4 = pmap_pml5e_to_pml4e(pml5, va);
11065         } else {
11066                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
11067         }
11068         db_printf(" pml4e 0x%016lx", *pml4);
11069         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
11070                 db_printf("\n");
11071                 return;
11072         }
11073         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
11074         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
11075         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
11076                 db_printf("\n");
11077                 return;
11078         }
11079         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
11080         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
11081         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
11082                 db_printf("\n");
11083                 return;
11084         }
11085         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
11086         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
11087 }
11088
11089 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
11090 {
11091         vm_paddr_t a;
11092
11093         if (have_addr) {
11094                 a = (vm_paddr_t)addr;
11095                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
11096         } else {
11097                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
11098         }
11099 }
11100
11101 static void
11102 ptpages_show_page(int level, int idx, vm_page_t pg)
11103 {
11104         db_printf("l %d i %d pg %p phys %#lx ref %x\n",
11105             level, idx, pg, VM_PAGE_TO_PHYS(pg), pg->ref_count);
11106 }
11107
11108 static void
11109 ptpages_show_complain(int level, int idx, uint64_t pte)
11110 {
11111         db_printf("l %d i %d pte %#lx\n", level, idx, pte);
11112 }
11113
11114 static void
11115 ptpages_show_pml4(vm_page_t pg4, int num_entries, uint64_t PG_V)
11116 {
11117         vm_page_t pg3, pg2, pg1;
11118         pml4_entry_t *pml4;
11119         pdp_entry_t *pdp;
11120         pd_entry_t *pd;
11121         int i4, i3, i2;
11122
11123         pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg4));
11124         for (i4 = 0; i4 < num_entries; i4++) {
11125                 if ((pml4[i4] & PG_V) == 0)
11126                         continue;
11127                 pg3 = PHYS_TO_VM_PAGE(pml4[i4] & PG_FRAME);
11128                 if (pg3 == NULL) {
11129                         ptpages_show_complain(3, i4, pml4[i4]);
11130                         continue;
11131                 }
11132                 ptpages_show_page(3, i4, pg3);
11133                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg3));
11134                 for (i3 = 0; i3 < NPDPEPG; i3++) {
11135                         if ((pdp[i3] & PG_V) == 0)
11136                                 continue;
11137                         pg2 = PHYS_TO_VM_PAGE(pdp[i3] & PG_FRAME);
11138                         if (pg3 == NULL) {
11139                                 ptpages_show_complain(2, i3, pdp[i3]);
11140                                 continue;
11141                         }
11142                         ptpages_show_page(2, i3, pg2);
11143                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pg2));
11144                         for (i2 = 0; i2 < NPDEPG; i2++) {
11145                                 if ((pd[i2] & PG_V) == 0)
11146                                         continue;
11147                                 pg1 = PHYS_TO_VM_PAGE(pd[i2] & PG_FRAME);
11148                                 if (pg1 == NULL) {
11149                                         ptpages_show_complain(1, i2, pd[i2]);
11150                                         continue;
11151                                 }
11152                                 ptpages_show_page(1, i2, pg1);
11153                         }
11154                 }
11155         }
11156 }
11157
11158 DB_SHOW_COMMAND(ptpages, pmap_ptpages)
11159 {
11160         pmap_t pmap;
11161         vm_page_t pg;
11162         pml5_entry_t *pml5;
11163         uint64_t PG_V;
11164         int i5;
11165
11166         if (have_addr)
11167                 pmap = (pmap_t)addr;
11168         else
11169                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
11170
11171         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
11172
11173         if (pmap_is_la57(pmap)) {
11174                 pml5 = pmap->pm_pmltop;
11175                 for (i5 = 0; i5 < NUPML5E; i5++) {
11176                         if ((pml5[i5] & PG_V) == 0)
11177                                 continue;
11178                         pg = PHYS_TO_VM_PAGE(pml5[i5] & PG_FRAME);
11179                         if (pg == NULL) {
11180                                 ptpages_show_complain(4, i5, pml5[i5]);
11181                                 continue;
11182                         }
11183                         ptpages_show_page(4, i5, pg);
11184                         ptpages_show_pml4(pg, NPML4EPG, PG_V);
11185                 }
11186         } else {
11187                 ptpages_show_pml4(PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS(
11188                     (vm_offset_t)pmap->pm_pmltop)), NUP4ML4E, PG_V);
11189         }
11190 }
11191 #endif