]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Make atomic_load_ptr type-aware
[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 #define pa_index(pa)    ({                                      \
327         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
328             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
329         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
330 })
331 #ifdef NUMA
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_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
344
345 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
346
347 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
348                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
349 #endif
350
351 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
352         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
353         struct rwlock *_new_lock;                       \
354                                                         \
355         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
356         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
357                 if (*_lockp != NULL)                    \
358                         rw_wunlock(*_lockp);            \
359                 *_lockp = _new_lock;                    \
360                 rw_wlock(*_lockp);                      \
361         }                                               \
362 } while (0)
363
364 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
365                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
366
367 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
368         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
369                                                         \
370         if (*_lockp != NULL) {                          \
371                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
372                 *_lockp = NULL;                         \
373         }                                               \
374 } while (0)
375
376 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
377                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
378
379 struct pmap kernel_pmap_store;
380
381 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
382 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
383
384 int nkpt;
385 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
386     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
387
388 static int ndmpdp;
389 vm_paddr_t dmaplimit;
390 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
391 pt_entry_t pg_nx;
392
393 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
394
395 static int pg_ps_enabled = 1;
396 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
397     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
398
399 #define PAT_INDEX_SIZE  8
400 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
401
402 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
403 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
404 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
405 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
406
407 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
408 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
409 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
410
411 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
412
413 /*
414  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
415  */
416 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
417 static struct pmap_preinit_mapping {
418         vm_paddr_t      pa;
419         vm_offset_t     va;
420         vm_size_t       sz;
421         int             mode;
422 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
423 static int pmap_initialized;
424
425 /*
426  * Data for the pv entry allocation mechanism.
427  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
428  */
429 #ifdef NUMA
430 static __inline int
431 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
432 {
433
434         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
435 }
436 #else
437 static __inline int
438 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
439 {
440
441         return (0);
442 }
443 #endif
444
445 struct pv_chunks_list {
446         struct mtx pvc_lock;
447         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
448         int active_reclaims;
449 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
450
451 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
452
453 #ifdef  NUMA
454 struct pmap_large_md_page {
455         struct rwlock   pv_lock;
456         struct md_page  pv_page;
457         u_long pv_invl_gen;
458 };
459 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
460 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
461 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
462 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
463 #else
464 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
465 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
466 static struct md_page *pv_table;
467 static struct md_page pv_dummy;
468 #endif
469
470 /*
471  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
472  */
473 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
474 caddr_t CADDR1 = 0;
475 static vm_offset_t qframe = 0;
476 static struct mtx qframe_mtx;
477
478 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
479
480 static vmem_t *large_vmem;
481 static u_int lm_ents;
482 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
483         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
484
485 int pmap_pcid_enabled = 1;
486 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
487     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
488 int invpcid_works = 0;
489 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
490     "Is the invpcid instruction available ?");
491
492 int __read_frequently pti = 0;
493 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
494     &pti, 0,
495     "Page Table Isolation enabled");
496 static vm_object_t pti_obj;
497 static pml4_entry_t *pti_pml4;
498 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
499 static bool pti_finalized;
500
501 struct pmap_pkru_range {
502         struct rs_el    pkru_rs_el;
503         u_int           pkru_keyidx;
504         int             pkru_flags;
505 };
506
507 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
508 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
509 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
510 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
511 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
512 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
513 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
514 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
515 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
516
517 static int
518 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
519 {
520         int i;
521         uint64_t res;
522
523         res = 0;
524         CPU_FOREACH(i) {
525                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
526         }
527         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
528 }
529 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
530     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
531     "Count of saved TLB context on switch");
532
533 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
534     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
535 static struct mtx invl_gen_mtx;
536 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
537 static struct lock_object invl_gen_ts = {
538         .lo_name = "invlts",
539 };
540 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
541         .gen = 1,
542         .next = NULL,
543 };
544 static u_long pmap_invl_gen = 1;
545 static int pmap_invl_waiters;
546 static struct callout pmap_invl_callout;
547 static bool pmap_invl_callout_inited;
548
549 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
550     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
551
552 static bool
553 pmap_di_locked(void)
554 {
555         int tun;
556
557         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
558                 return (true);
559         tun = 0;
560         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
561         return (tun != 0);
562 }
563
564 static int
565 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
566 {
567         int locked;
568
569         locked = pmap_di_locked();
570         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
571 }
572 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
573     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
574     "Locked delayed invalidation");
575
576 static bool pmap_not_in_di_l(void);
577 static bool pmap_not_in_di_u(void);
578 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
579 {
580
581         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
582 }
583
584 static bool
585 pmap_not_in_di_l(void)
586 {
587         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
588
589         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
590         return (invl_gen->gen == 0);
591 }
592
593 static void
594 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
595 {
596         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
597
598         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
599         invl_gen->gen = 0;
600 }
601
602 static void
603 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
604 {
605         struct turnstile *ts;
606
607         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
608         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
609                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
610         else
611                 turnstile_cancel(ts);
612 }
613
614 static void
615 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
616 {
617         struct turnstile *ts;
618
619         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
620         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
621         if (new_gen != 0)
622                 pmap_invl_gen = new_gen;
623         if (ts != NULL) {
624                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
625                 turnstile_unpend(ts);
626         }
627         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
628 }
629
630 /*
631  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
632  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
633  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
634  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
635  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
636  * pmap active.
637  */
638 static void
639 pmap_delayed_invl_start_l(void)
640 {
641         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
642         u_long currgen;
643
644         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
645         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
646         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
647         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
648                 currgen = pmap_invl_gen;
649         else
650                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
651         invl_gen->gen = currgen + 1;
652         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
653         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
654 }
655
656 /*
657  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
658  * required TLB flushes for the pages marked by
659  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
660  * called.
661  *
662  * This function works by bumping the global DI generation number to
663  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
664  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
665  * global DI generation number would incorrectly signal that the
666  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
667  * DI's generation number to match the generation number of the
668  * current thread's DI.
669  */
670 static void
671 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
672 {
673         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
674
675         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
676         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
677         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
678         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
679         if (next == NULL)
680                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
681         else
682                 next->gen = invl_gen->gen;
683         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
684         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
685         invl_gen->gen = 0;
686 }
687
688 static bool
689 pmap_not_in_di_u(void)
690 {
691         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
692
693         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
694         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
695 }
696
697 static void
698 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
699 {
700         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
701
702         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
703         invl_gen->gen = 0;
704         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
705 }
706
707 static bool
708 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
709 {
710         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
711         char res;
712
713         old_low = new_low = 0;
714         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
715
716         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
717             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
718             : "b"(new_low), "c" (new_high)
719             : "memory", "cc");
720         if (res == 0) {
721                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
722                         return (false);
723                 out->gen = old_low;
724                 out->next = (void *)old_high;
725         } else {
726                 out->gen = new_low;
727                 out->next = (void *)new_high;
728         }
729         return (true);
730 }
731
732 static bool
733 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
734     struct pmap_invl_gen *new_val)
735 {
736         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
737         char res;
738
739         new_low = new_val->gen;
740         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
741         old_low = old_val->gen;
742         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
743
744         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1;sete\t%0"
745             : "=r" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
746             : "b"(new_low), "c" (new_high)
747             : "memory", "cc");
748         return (res);
749 }
750
751 #ifdef PV_STATS
752 static long invl_start_restart;
753 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
754     &invl_start_restart, 0,
755     "");
756 static long invl_finish_restart;
757 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
758     &invl_finish_restart, 0,
759     "");
760 static int invl_max_qlen;
761 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
762     &invl_max_qlen, 0,
763     "");
764 #endif
765
766 #define di_delay        locks_delay
767
768 static void
769 pmap_delayed_invl_start_u(void)
770 {
771         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
772         struct thread *td;
773         struct lock_delay_arg lda;
774         uintptr_t prevl;
775         u_char pri;
776 #ifdef PV_STATS
777         int i, ii;
778 #endif
779
780         td = curthread;
781         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
782         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
783         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
784         invl_gen->saved_pri = 0;
785         pri = td->td_base_pri;
786         if (pri > PVM) {
787                 thread_lock(td);
788                 pri = td->td_base_pri;
789                 if (pri > PVM) {
790                         invl_gen->saved_pri = pri;
791                         sched_prio(td, PVM);
792                 }
793                 thread_unlock(td);
794         }
795 again:
796         PV_STAT(i = 0);
797         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
798                 PV_STAT(i++);
799                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
800                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
801                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
802                         lock_delay(&lda);
803                         goto again;
804                 }
805                 if (prevl == 0)
806                         break;
807                 prev.next = (void *)prevl;
808         }
809 #ifdef PV_STATS
810         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
811                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
812 #endif
813
814         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
815                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
816                 lock_delay(&lda);
817                 goto again;
818         }
819
820         new_prev.gen = prev.gen;
821         new_prev.next = invl_gen;
822         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
823
824         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
825         atomic_thread_fence_rel();
826
827         /*
828          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
829          * this thread blocks any other thread trying to enter the
830          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
831          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
832          */
833         critical_enter();
834
835         /*
836          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
837          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
838          * started a new one and got inserted into the list at the
839          * same place, its gen will appear greater than the previously
840          * read gen.
841          */
842         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
843                 critical_exit();
844                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
845                 lock_delay(&lda);
846                 goto again;
847         }
848
849         /*
850          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
851          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
852          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
853          * write and the update of next.
854          */
855         invl_gen->next = NULL;
856         critical_exit();
857 }
858
859 static bool
860 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
861     struct pmap_invl_gen *p)
862 {
863         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
864         u_long mygen;
865
866         /*
867          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
868          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
869          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
870          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
871          */
872         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
873
874         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
875                 return (false);
876
877         KASSERT(prev.gen < mygen,
878             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
879         new_prev.gen = mygen;
880         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
881             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
882
883         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
884         atomic_thread_fence_rel();
885
886         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
887 }
888
889 static void
890 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
891 {
892         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
893         struct thread *td;
894         struct lock_delay_arg lda;
895         uintptr_t prevl;
896
897         td = curthread;
898         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
899         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
900         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
901             ("missed invl_start: INVALID"));
902         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
903
904 again:
905         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
906                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
907                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
908                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
909                         lock_delay(&lda);
910                         goto again;
911                 }
912                 if ((void *)prevl == invl_gen)
913                         break;
914         }
915
916         /*
917          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
918          * thread before us finished its DI and started it again.
919          */
920         if (__predict_false(p == NULL)) {
921                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
922                 lock_delay(&lda);
923                 goto again;
924         }
925
926         critical_enter();
927         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
928             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
929         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
930                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
931                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
932                 critical_exit();
933                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
934                 lock_delay(&lda);
935                 goto again;
936         }
937         critical_exit();
938         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
939                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
940         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
941                 thread_lock(td);
942                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
943                 thread_unlock(td);
944         }
945 }
946
947 #ifdef DDB
948 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
949 {
950         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
951         struct thread *td;
952         uintptr_t nextl;
953         bool first;
954
955         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
956             first = false) {
957                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
958                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
959                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
960                     td_md.md_invl_gen);
961                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
962                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
963                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
964         }
965 }
966 #endif
967
968 #ifdef PV_STATS
969 static long invl_wait;
970 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
971     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
972 static long invl_wait_slow;
973 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
974     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
975 #endif
976
977 #ifdef NUMA
978 static u_long *
979 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
980 {
981         vm_paddr_t pa;
982         u_long *gen;
983
984         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
985         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
986                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
987         else
988                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
989
990         return (gen);
991 }
992 #else
993 static u_long *
994 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
995 {
996
997         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
998 }
999 #endif
1000
1001 static void
1002 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1003 {
1004
1005         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1006                 return;
1007         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1008 }
1009
1010 static void
1011 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1012 {
1013
1014         if (pmap_di_locked())
1015                 return;
1016         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1017         pmap_invl_callout_inited = true;
1018 }
1019 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1020     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1021
1022 /*
1023  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1024  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1025  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1026  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1027  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1028  *
1029  * This function works by blocking until the global DI generation
1030  * number catches up with the generation number associated with the
1031  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1032  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1033  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1034  * processor.
1035  */
1036 static void
1037 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1038 {
1039         u_long *m_gen;
1040 #ifdef PV_STATS
1041         bool accounted = false;
1042 #endif
1043
1044         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1045         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1046 #ifdef PV_STATS
1047                 if (!accounted) {
1048                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1049                         accounted = true;
1050                 }
1051 #endif
1052                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1053         }
1054 }
1055
1056 static void
1057 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1058 {
1059         u_long *m_gen;
1060         struct lock_delay_arg lda;
1061         bool fast;
1062
1063         fast = true;
1064         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1065         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1066         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1067                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1068                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1069                         lock_delay(&lda);
1070                         fast = false;
1071                 } else {
1072                         /*
1073                          * The page's invalidation generation number
1074                          * is still below the current thread's number.
1075                          * Prepare to block so that we do not waste
1076                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1077                          *
1078                          * Since it is impossible to block without
1079                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1080                          * prepare for the race by incrementing
1081                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1082                          * callout which will unblock us if we lose
1083                          * the race.
1084                          */
1085                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1086
1087                         /*
1088                          * Re-check the current thread's invalidation
1089                          * generation after incrementing
1090                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1091                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1092                          * the page generation and checking
1093                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1094                          * is for a missed unblock, which is handled
1095                          * by the callout.
1096                          */
1097                         if (*m_gen >
1098                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1099                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1100                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1101                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1102                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1103                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1104                         }
1105                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1106                 }
1107         }
1108 }
1109
1110 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1111 {
1112
1113         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1114             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1115 }
1116
1117 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1118 {
1119
1120         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1121             pmap_delayed_invl_start_u);
1122 }
1123
1124 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1125 {
1126
1127         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1128             pmap_delayed_invl_finish_u);
1129 }
1130
1131 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1132 {
1133
1134         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1135             pmap_delayed_invl_wait_u);
1136 }
1137
1138 /*
1139  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1140  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1141  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1142  * block to complete before proceeding.
1143  *
1144  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1145  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1146  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1147  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1148  */
1149 static void
1150 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1151 {
1152         u_long gen, *m_gen;
1153
1154         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1155         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1156         if (gen == 0)
1157                 return;
1158         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1159         if (*m_gen < gen)
1160                 *m_gen = gen;
1161 }
1162
1163 /*
1164  * Crashdump maps.
1165  */
1166 static caddr_t crashdumpmap;
1167
1168 /*
1169  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1170  */
1171 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1172 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1173
1174 /*
1175  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1176  * pmap_change_props_locked().
1177  */
1178 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1179 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1180 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1181
1182 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1183
1184 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1185 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1186 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1187 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1188 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1189 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1190 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1191                     struct rwlock **lockp);
1192 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1193                     struct rwlock **lockp);
1194 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1195                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1196 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1197 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1198                     struct rwlock **lockp);
1199 #endif
1200 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1201 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1202                     vm_offset_t va);
1203
1204 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1205 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1206     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1207 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1208 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1209     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1210 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1211     vm_offset_t va);
1212 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1213                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1214 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1215                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1216 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1217     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1218 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1219 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1220 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1221     vm_offset_t eva);
1222 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1223     vm_offset_t eva);
1224 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1225                     pd_entry_t pde);
1226 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1227 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1228 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1229 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1230 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1231     struct rwlock **lockp);
1232 #endif
1233 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1234     vm_prot_t prot);
1235 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1236 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1237     bool exec);
1238 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1239 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1240 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1241 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1242     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1243 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1244     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1245 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1246 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1247     struct spglist *free);
1248 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1249                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1250                     struct rwlock **lockp);
1251 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1252     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1253 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1254     pd_entry_t newpde);
1255 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1256
1257 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1258                 struct rwlock **lockp);
1259 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1260                 struct rwlock **lockp);
1261 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1262                 struct rwlock **lockp);
1263
1264 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1265     struct spglist *free);
1266 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1267
1268 /********************/
1269 /* Inline functions */
1270 /********************/
1271
1272 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1273 static __inline vm_pindex_t
1274 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1275 {
1276         return (va >> PDRSHIFT);
1277 }
1278
1279
1280 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1281 static __inline pml4_entry_t *
1282 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1283 {
1284
1285         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1286 }
1287
1288 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1289 static __inline pdp_entry_t *
1290 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1291 {
1292         pdp_entry_t *pdpe;
1293
1294         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1295         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1296 }
1297
1298 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1299 static __inline pdp_entry_t *
1300 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1301 {
1302         pml4_entry_t *pml4e;
1303         pt_entry_t PG_V;
1304
1305         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1306         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1307         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1308                 return (NULL);
1309         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1310 }
1311
1312 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1313 static __inline pd_entry_t *
1314 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1315 {
1316         pd_entry_t *pde;
1317
1318         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1319         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1320 }
1321
1322 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1323 static __inline pd_entry_t *
1324 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1325 {
1326         pdp_entry_t *pdpe;
1327         pt_entry_t PG_V;
1328
1329         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1330         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1331         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1332                 return (NULL);
1333         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1334 }
1335
1336 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1337 static __inline pt_entry_t *
1338 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1339 {
1340         pt_entry_t *pte;
1341
1342         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1343         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1344 }
1345
1346 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1347 static __inline pt_entry_t *
1348 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1349 {
1350         pd_entry_t *pde;
1351         pt_entry_t PG_V;
1352
1353         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1354         pde = pmap_pde(pmap, va);
1355         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1356                 return (NULL);
1357         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1358                 return ((pt_entry_t *)pde);
1359         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1360 }
1361
1362 static __inline void
1363 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1364 {
1365
1366         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1367         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1368 }
1369
1370 static __inline void
1371 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1372 {
1373
1374         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1375         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1376             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1377             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1378         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1379 }
1380
1381 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1382 vtopte(vm_offset_t va)
1383 {
1384         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1385
1386         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1387
1388         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1389 }
1390
1391 static __inline pd_entry_t *
1392 vtopde(vm_offset_t va)
1393 {
1394         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1395
1396         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1397
1398         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1399 }
1400
1401 static u_int64_t
1402 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1403 {
1404         u_int64_t ret;
1405
1406         ret = *firstaddr;
1407         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1408         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1409         return (ret);
1410 }
1411
1412 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1413
1414 /* number of kernel PDP slots */
1415 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1416
1417 static void
1418 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1419 {
1420         int pt_pages;
1421         
1422 #ifdef NKPT
1423         pt_pages = NKPT;
1424 #else
1425         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1426         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1427
1428         /*
1429          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1430          * the kernel.
1431          *
1432          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1433          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1434          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1435          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1436          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1437          * physical memory.
1438          *
1439          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1440          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1441          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1442          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1443          * not uncommon.
1444          */
1445         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1446 #endif
1447         nkpt = pt_pages;
1448 }
1449
1450 /*
1451  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1452  * part of the initial boot allocations.
1453  *
1454  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1455  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1456  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1457  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1458  *
1459  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1460  * way.
1461  */
1462 static inline pt_entry_t
1463 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1464 {
1465
1466         /*
1467          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1468          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1469          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1470          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1471          * fixed up by the linker.
1472          */
1473         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1474             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1475                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1476
1477         /*
1478          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1479          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1480          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1481          * read-write data needs to be read-write.
1482          */
1483         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1484                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1485
1486         /*
1487          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1488          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1489          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1490          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1491          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1492          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1493          * set CR0.WP.
1494          */
1495         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1496                 return (0);
1497         return (pg_nx);
1498 }
1499
1500 static void
1501 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1502 {
1503         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1504         pd_entry_t *pd_p;
1505         pdp_entry_t *pdp_p;
1506         pml4_entry_t *p4_p;
1507         uint64_t DMPDkernphys;
1508
1509         /* Allocate page table pages for the direct map */
1510         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1511         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1512                 ndmpdp = 4;
1513         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1514         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1515                 /*
1516                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1517                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1518                  */
1519                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1520                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1521                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1522                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1523         }
1524         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1525         ndm1g = 0;
1526         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1527                 /*
1528                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1529                  * Maxmem.
1530                  */
1531                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1532
1533                 /*
1534                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1535                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1536                  */
1537                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1538                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1539         }
1540         if (ndm1g < ndmpdp)
1541                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1542         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1543
1544         /* Allocate pages */
1545         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1546         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1547
1548         /*
1549          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1550          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1551          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1552          * build in too much slop in our estimate.
1553          *
1554          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1555          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1556          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1557          */
1558         nkpt_init(*firstaddr);
1559         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1560
1561         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1562         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1563
1564         /*
1565          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1566          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1567          * the PTmap.
1568          */
1569         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1570         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1571                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1572
1573         /*
1574          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1575          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1576          * created above.
1577          */
1578         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1579                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1580                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1581                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1582
1583         /*
1584          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1585          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1586          * virtual address space.
1587          */
1588         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1589                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1590
1591         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1592         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1593         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1594                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1595
1596         /*
1597          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1598          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1599          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1600          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1601          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1602          * that are partially used. 
1603          */
1604         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1605         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1606                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1607                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1608                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1609                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1610         }
1611         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1612         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1613                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1614                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1615                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1616                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1617         }
1618         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1619                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1620                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1621         }
1622
1623         /*
1624          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1625          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1626          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1627          */
1628         if (ndm1g) {
1629                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1630                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1631                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1632                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1633                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1634                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1635                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1636                             X86_PG_V | pg_nx;
1637         }
1638
1639         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1640         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1641         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1642         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1643
1644         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1645         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1646                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1647                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1648         }
1649
1650         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1651         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1652                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1653                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1654         }
1655 }
1656
1657 /*
1658  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1659  *
1660  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1661  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1662  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1663  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1664  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1665  *      (physical) address starting relative to 0]
1666  */
1667 void
1668 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1669 {
1670         vm_offset_t va;
1671         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1672         struct region_descriptor r_gdt;
1673         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1674         u_long res;
1675         int i;
1676
1677         KERNend = *firstaddr;
1678         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1679
1680         if (!pti)
1681                 pg_g = X86_PG_G;
1682
1683         /*
1684          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1685          */
1686         create_pagetables(firstaddr);
1687
1688         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1689
1690         /*
1691          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1692          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1693          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1694          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1695          * addresses to superpage mappings.
1696          */
1697         vm_phys_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1698
1699         /*
1700          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1701          */
1702         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1703         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1704
1705         /*
1706          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1707          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1708          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1709          * correct now.
1710          */
1711         cr4 = rcr4();
1712         cr4 |= CR4_PGE;
1713         load_cr4(cr4);
1714         load_cr3(KPML4phys);
1715         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1716                 cr4 |= CR4_SMEP;
1717         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1718                 cr4 |= CR4_SMAP;
1719         load_cr4(cr4);
1720
1721         /*
1722          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1723          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1724          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1725          */
1726         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1727         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1728         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1729         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1730         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1731         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1732         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1733         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1734
1735         /*
1736          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1737          */
1738         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1739
1740         /*
1741          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1742          * mapping of pages.
1743          */
1744 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1745         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1746
1747         va = virtual_avail;
1748         pte = vtopte(va);
1749
1750         /*
1751          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1752          * memory test.
1753          */
1754         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1755         CADDR1 = crashdumpmap;
1756
1757         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1758         virtual_avail = va;
1759
1760         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1761                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1762                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1763         }
1764
1765         /*
1766          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1767          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1768          */
1769         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1770         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1771         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1772         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1773         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1774         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1775             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1776         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1777             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1778         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1779         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1780             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1781         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1782         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1783         lgdt(&r_gdt);
1784         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1785         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1786         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1787         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1788
1789         /*
1790          * Initialize the PAT MSR.
1791          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1792          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1793          * have been created in our pre-boot environment.
1794          */
1795         pmap_init_pat();
1796
1797         /* Initialize TLB Context Id. */
1798         if (pmap_pcid_enabled) {
1799                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1800                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1801                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1802                 }
1803
1804                 /*
1805                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1806                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1807                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1808                  * needs to be valid.
1809                  */
1810                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1811                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1812
1813                 /*
1814                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1815                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1816                  * during pcpu setup.
1817                  */
1818                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1819         }
1820 }
1821
1822 /*
1823  * Setup the PAT MSR.
1824  */
1825 void
1826 pmap_init_pat(void)
1827 {
1828         uint64_t pat_msr;
1829         u_long cr0, cr4;
1830         int i;
1831
1832         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1833         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1834                 panic("no PAT??");
1835
1836         /* Set default PAT index table. */
1837         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1838                 pat_index[i] = -1;
1839         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1840         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1841         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1842         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1843         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1844         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1845
1846         /*
1847          * Initialize default PAT entries.
1848          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1849          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1850          *
1851          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1852          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1853          * to its overload with PG_PS.
1854          */
1855         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1856             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1857             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1858             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1859             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1860             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1861             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1862             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1863
1864         /* Disable PGE. */
1865         cr4 = rcr4();
1866         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1867
1868         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1869         cr0 = rcr0();
1870         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1871
1872         /* Flushes caches and TLBs. */
1873         wbinvd();
1874         invltlb();
1875
1876         /* Update PAT and index table. */
1877         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1878
1879         /* Flush caches and TLBs again. */
1880         wbinvd();
1881         invltlb();
1882
1883         /* Restore caches and PGE. */
1884         load_cr0(cr0);
1885         load_cr4(cr4);
1886 }
1887
1888 /*
1889  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1890  */
1891 void
1892 pmap_page_init(vm_page_t m)
1893 {
1894
1895         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1896         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1897 }
1898
1899 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1900 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1901     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1902     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1903
1904 void
1905 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1906 {
1907         /*
1908          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1909          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1910          */
1911         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1912             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1913             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1914             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1915             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1916             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1917             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1918             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1919             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1920             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1921             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1922             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1923             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1924             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1925             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1926             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1927             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1928             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1929             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1930             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1931             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1932                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1933         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1934 }
1935
1936 static bool
1937 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1938 {
1939
1940         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1941             !pmap_allow_2m_x_ept);
1942 }
1943
1944 #ifdef NUMA
1945 static void
1946 pmap_init_pv_table(void)
1947 {
1948         struct pmap_large_md_page *pvd;
1949         vm_size_t s;
1950         long start, end, highest, pv_npg;
1951         int domain, i, j, pages;
1952
1953         /*
1954          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1955          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1956          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1957          */
1958         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1959
1960         /*
1961          * Calculate the size of the array.
1962          */
1963         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1964         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1965         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1966         s = round_page(s);
1967         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1968         if (pv_table == NULL)
1969                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1970
1971         /*
1972          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1973          */
1974         highest = -1;
1975         s = 0;
1976         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1977                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1978                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1979
1980                 if (highest >= end)
1981                         continue;
1982
1983                 start = highest + 1;
1984                 pvd = &pv_table[start];
1985
1986                 pages = end - start + 1;
1987                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1988                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1989
1990                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1991                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1992                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1993                         if (m == NULL)
1994                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
1995                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
1996                 }
1997
1998                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
1999                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2000                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2001                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2002                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2003                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2004                         pvd++;
2005                 }
2006         }
2007         pvd = &pv_dummy_large;
2008         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2009         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2010         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2011         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2012         pvd->pv_invl_gen = 0;
2013 }
2014 #else
2015 static void
2016 pmap_init_pv_table(void)
2017 {
2018         vm_size_t s;
2019         long i, pv_npg;
2020
2021         /*
2022          * Initialize the pool of pv list locks.
2023          */
2024         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2025                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2026
2027         /*
2028          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2029          */
2030         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2031
2032         /*
2033          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2034          */
2035         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2036         s = round_page(s);
2037         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2038         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2039                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2040         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2041 }
2042 #endif
2043
2044 /*
2045  *      Initialize the pmap module.
2046  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2047  *      system needs to map virtual memory.
2048  */
2049 void
2050 pmap_init(void)
2051 {
2052         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2053         vm_page_t m, mpte;
2054         int error, i, ret, skz63;
2055
2056         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2057         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2058
2059         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2060         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2061             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2062                 /*
2063                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2064                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2065                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2066                  *
2067                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2068                  * seems to be impossible to distinguish between
2069                  * Skylake Server and Skylake X.
2070                  */
2071                 skz63 = 1;
2072                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2073                 if (skz63 != 0) {
2074                         if (bootverbose)
2075                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2076                                     "at physical 1G\n");
2077                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2078                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2079                                     ptoa(i), FALSE);
2080                                 if (!ret && bootverbose)
2081                                         printf("page at %#lx already used\n",
2082                                             0x40000000 + ptoa(i));
2083                         }
2084                 }
2085         }
2086
2087         /* IFU */
2088         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2089
2090         /*
2091          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2092          * page table pages.
2093          */ 
2094         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2095         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2096                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2097                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2098                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2099                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2100                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2101                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2102                 mpte->ref_count = 1;
2103
2104                 /*
2105                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2106                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2107                  */
2108                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2109                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2110                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2111         }
2112         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2113         vm_wire_add(nkpt);
2114
2115         /*
2116          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2117          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2118          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2119          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2120          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2121          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2122          * or newer AMD processors.
2123          */
2124         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2125             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2126             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2127             AMDID2_FMA4)) == 0)
2128                 workaround_erratum383 = 1;
2129
2130         /*
2131          * Are large page mappings enabled?
2132          */
2133         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2134         if (pg_ps_enabled) {
2135                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2136                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2137                 pagesizes[1] = NBPDR;
2138         }
2139
2140         /*
2141          * Initialize pv chunk lists.
2142          */
2143         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2144                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2145                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2146         }
2147         pmap_init_pv_table();
2148
2149         pmap_initialized = 1;
2150         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2151                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2152                 if (ppim->va == 0)
2153                         continue;
2154                 /* Make the direct map consistent */
2155                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2156                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2157                             ppim->sz, ppim->mode);
2158                 }
2159                 if (!bootverbose)
2160                         continue;
2161                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2162                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2163         }
2164
2165         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2166         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2167             (vmem_addr_t *)&qframe);
2168         if (error != 0)
2169                 panic("qframe allocation failed");
2170
2171         lm_ents = 8;
2172         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2173         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2174                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2175         if (bootverbose)
2176                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2177                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2178         if (lm_ents != 0) {
2179                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2180                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2181                 if (large_vmem == NULL) {
2182                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2183                         lm_ents = 0;
2184                 }
2185                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2186                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2187                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2188                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2189                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2190                 }
2191         }
2192 }
2193
2194 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2195     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2196     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2197     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2198
2199 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
2200     "2MB page mapping counters");
2201
2202 static u_long pmap_pde_demotions;
2203 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2204     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2205
2206 static u_long pmap_pde_mappings;
2207 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2208     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2209
2210 static u_long pmap_pde_p_failures;
2211 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2212     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2213
2214 static u_long pmap_pde_promotions;
2215 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2216     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2217
2218 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
2219     "1GB page mapping counters");
2220
2221 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2222 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2223     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2224
2225 /***************************************************
2226  * Low level helper routines.....
2227  ***************************************************/
2228
2229 static pt_entry_t
2230 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2231 {
2232         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2233
2234         switch (pmap->pm_type) {
2235         case PT_X86:
2236         case PT_RVI:
2237                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2238                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2239                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2240
2241                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2242                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2243                         entry ^= x86_pat_bits;
2244                 break;
2245         case PT_EPT:
2246                 /*
2247                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2248                  * the same way for regular pages and superpages.
2249                  */
2250                 break;
2251         default:
2252                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2253         }
2254
2255         return (entry);
2256 }
2257
2258 boolean_t
2259 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2260 {
2261
2262         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2263             pat_index[(int)mode] >= 0);
2264 }
2265
2266 /*
2267  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2268  * caching mode.
2269  */
2270 int
2271 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2272 {
2273         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2274
2275         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2276                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2277
2278         switch (pmap->pm_type) {
2279         case PT_X86:
2280         case PT_RVI:
2281                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2282                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2283
2284                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2285                 pat_idx = pat_index[mode];
2286
2287                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2288                 cache_bits = 0;
2289                 if (pat_idx & 0x4)
2290                         cache_bits |= pat_flag;
2291                 if (pat_idx & 0x2)
2292                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2293                 if (pat_idx & 0x1)
2294                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2295                 break;
2296
2297         case PT_EPT:
2298                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2299                 break;
2300
2301         default:
2302                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2303         }
2304
2305         return (cache_bits);
2306 }
2307
2308 static int
2309 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2310 {
2311         int mask;
2312
2313         switch (pmap->pm_type) {
2314         case PT_X86:
2315         case PT_RVI:
2316                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2317                 break;
2318         case PT_EPT:
2319                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2320                 break;
2321         default:
2322                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2323         }
2324
2325         return (mask);
2326 }
2327
2328 static int
2329 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2330 {
2331         int pat_flag, pat_idx;
2332
2333         pat_idx = 0;
2334         switch (pmap->pm_type) {
2335         case PT_X86:
2336         case PT_RVI:
2337                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2338                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2339
2340                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2341                         pat_idx |= 0x4;
2342                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2343                         pat_idx |= 0x2;
2344                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2345                         pat_idx |= 0x1;
2346                 break;
2347         case PT_EPT:
2348                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2349                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2350                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2351                 break;
2352         }
2353
2354         /* See pmap_init_pat(). */
2355         if (pat_idx == 4)
2356                 pat_idx = 0;
2357         if (pat_idx == 7)
2358                 pat_idx = 3;
2359
2360         return (pat_idx);
2361 }
2362
2363 bool
2364 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2365 {
2366
2367         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2368 }
2369
2370 static void
2371 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2372 {
2373
2374         switch (pmap->pm_type) {
2375         case PT_X86:
2376                 break;
2377         case PT_RVI:
2378         case PT_EPT:
2379                 /*
2380                  * XXX
2381                  * This is a little bogus since the generation number is
2382                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2383                  * space is invalidated in the page tables.
2384                  *
2385                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2386                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2387                  * invalidated in the TLB.
2388                  *
2389                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2390                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2391                  * side-effect.
2392                  */
2393                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2394                 break;
2395         default:
2396                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2397         }
2398         pde_store(pde, newpde);
2399 }
2400
2401 /*
2402  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2403  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2404  * calling processor's TLB is affected.
2405  *
2406  * The calling thread must be pinned to a processor.
2407  */
2408 static void
2409 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2410 {
2411         pt_entry_t PG_G;
2412
2413         if (pmap_type_guest(pmap))
2414                 return;
2415
2416         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2417             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2418
2419         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2420
2421         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2422                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2423                 invlpg(va);
2424         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2425                 /*
2426                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2427                  * because there are too many to flush individually.
2428                  */
2429                 invltlb();
2430         else {
2431                 /*
2432                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2433                  * including any global (PG_G) mappings.
2434                  */
2435                 invltlb_glob();
2436         }
2437 }
2438 #ifdef SMP
2439
2440 /*
2441  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2442  *
2443  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2444  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2445  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2446  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2447  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2448  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2449  * one of the following functions but before a store updating the page
2450  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2451  * processor before its pm_active field is checked but due to
2452  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2453  * pmap as inactive on the other processor.
2454  * 
2455  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2456  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2457  * processor.
2458  */
2459
2460 /*
2461  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2462  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2463  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2464  */
2465 static __inline void
2466 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2467 {
2468         int ipinum;
2469
2470         sched_pin();
2471         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2472             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2473
2474         /*
2475          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2476          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2477          *
2478          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2479          * are flushed from the TLB on each context switch.
2480          *
2481          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2482          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2483          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2484          *
2485          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2486          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2487          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2488          */
2489         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2490
2491         /*
2492          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2493          */
2494         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2495         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2496         sched_unpin();
2497 }
2498
2499 static cpuset_t
2500 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2501 {
2502
2503         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2504 }
2505
2506 static inline void
2507 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2508     const bool invpcid_works1)
2509 {
2510         struct invpcid_descr d;
2511         uint64_t kcr3, ucr3;
2512         uint32_t pcid;
2513         u_int cpuid, i;
2514
2515         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2516         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2517                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2518                         /*
2519                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2520                          * context switch, we must disable switching.
2521                          * Otherwise, we might use a stale value
2522                          * below.
2523                          */
2524                         critical_enter();
2525                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2526                         if (invpcid_works1) {
2527                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2528                                 d.pad = 0;
2529                                 d.addr = va;
2530                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2531                         } else {
2532                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2533                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2534                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2535                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2536                         }
2537                         critical_exit();
2538                 }
2539         } else
2540                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2541
2542         CPU_FOREACH(i) {
2543                 if (cpuid != i)
2544                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2545         }
2546
2547         /*
2548          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2549          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2550          * for us to miss the bit update in pm_active and
2551          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2552          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2553          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2554          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2555          * the reciprocal fence.
2556          */
2557         atomic_thread_fence_seq_cst();
2558 }
2559
2560 static void
2561 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2562 {
2563
2564         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2565 }
2566
2567 static void
2568 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2569 {
2570
2571         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2572 }
2573
2574 static void
2575 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2576 {
2577 }
2578
2579 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2580 {
2581
2582         if (pmap_pcid_enabled)
2583                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2584                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2585         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2586 }
2587
2588 void
2589 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2590 {
2591
2592         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2593                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2594                 return;
2595         }
2596
2597         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2598             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2599
2600         sched_pin();
2601         if (pmap == kernel_pmap) {
2602                 invlpg(va);
2603         } else {
2604                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2605                         invlpg(va);
2606                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2607         }
2608         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2609         sched_unpin();
2610 }
2611
2612 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2613 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2614
2615 static void
2616 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2617     const bool invpcid_works1)
2618 {
2619         struct invpcid_descr d;
2620         uint64_t kcr3, ucr3;
2621         uint32_t pcid;
2622         u_int cpuid, i;
2623
2624         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2625         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2626                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2627                         critical_enter();
2628                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2629                         if (invpcid_works1) {
2630                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2631                                 d.pad = 0;
2632                                 d.addr = sva;
2633                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2634                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2635                         } else {
2636                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2637                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2638                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2639                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2640                         }
2641                         critical_exit();
2642                 }
2643         } else
2644                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2645
2646         CPU_FOREACH(i) {
2647                 if (cpuid != i)
2648                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2649         }
2650         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2651         atomic_thread_fence_seq_cst();
2652 }
2653
2654 static void
2655 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2656     vm_offset_t eva)
2657 {
2658
2659         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2660 }
2661
2662 static void
2663 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2664     vm_offset_t eva)
2665 {
2666
2667         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2668 }
2669
2670 static void
2671 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2672 {
2673 }
2674
2675 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2676     vm_offset_t))
2677 {
2678
2679         if (pmap_pcid_enabled)
2680                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2681                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2682         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2683 }
2684
2685 void
2686 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2687 {
2688         vm_offset_t addr;
2689
2690         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2691                 pmap_invalidate_all(pmap);
2692                 return;
2693         }
2694
2695         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2696                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2697                 return;
2698         }
2699
2700         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2701             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2702
2703         sched_pin();
2704         if (pmap == kernel_pmap) {
2705                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2706                         invlpg(addr);
2707         } else {
2708                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2709                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2710                                 invlpg(addr);
2711                 }
2712                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2713         }
2714         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2715         sched_unpin();
2716 }
2717
2718 static inline void
2719 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2720 {
2721         struct invpcid_descr d;
2722         uint64_t kcr3, ucr3;
2723         uint32_t pcid;
2724         u_int cpuid, i;
2725
2726         if (pmap == kernel_pmap) {
2727                 if (invpcid_works1) {
2728                         bzero(&d, sizeof(d));
2729                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2730                 } else {
2731                         invltlb_glob();
2732                 }
2733         } else {
2734                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2735                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2736                         critical_enter();
2737                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2738                         if (invpcid_works1) {
2739                                 d.pcid = pcid;
2740                                 d.pad = 0;
2741                                 d.addr = 0;
2742                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2743                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2744                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2745                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2746                                 }
2747                         } else {
2748                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2749                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2750                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2751                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2752                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2753                                 } else {
2754                                         load_cr3(kcr3);
2755                                 }
2756                         }
2757                         critical_exit();
2758                 } else
2759                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2760                 CPU_FOREACH(i) {
2761                         if (cpuid != i)
2762                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2763                 }
2764         }
2765         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2766         atomic_thread_fence_seq_cst();
2767 }
2768
2769 static void
2770 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2771 {
2772
2773         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2774 }
2775
2776 static void
2777 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2778 {
2779
2780         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2781 }
2782
2783 static void
2784 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2785 {
2786
2787         if (pmap == kernel_pmap)
2788                 invltlb_glob();
2789         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2790                 invltlb();
2791 }
2792
2793 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2794 {
2795
2796         if (pmap_pcid_enabled)
2797                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2798                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2799         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2800 }
2801
2802 void
2803 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2804 {
2805
2806         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2807                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2808                 return;
2809         }
2810
2811         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2812             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2813
2814         sched_pin();
2815         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2816         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2817         sched_unpin();
2818 }
2819
2820 void
2821 pmap_invalidate_cache(void)
2822 {
2823
2824         sched_pin();
2825         wbinvd();
2826         smp_cache_flush();
2827         sched_unpin();
2828 }
2829
2830 struct pde_action {
2831         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2832         pmap_t pmap;
2833         vm_offset_t va;
2834         pd_entry_t *pde;
2835         pd_entry_t newpde;
2836         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2837 };
2838
2839 static void
2840 pmap_update_pde_action(void *arg)
2841 {
2842         struct pde_action *act = arg;
2843
2844         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2845                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2846 }
2847
2848 static void
2849 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2850 {
2851         struct pde_action *act = arg;
2852
2853         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2854                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2855 }
2856
2857 /*
2858  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2859  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2860  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2861  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2862  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2863  * hardware error.
2864  */
2865 static void
2866 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2867 {
2868         struct pde_action act;
2869         cpuset_t active, other_cpus;
2870         u_int cpuid;
2871
2872         sched_pin();
2873         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2874         other_cpus = all_cpus;
2875         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2876         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2877                 active = all_cpus;
2878         else {
2879                 active = pmap->pm_active;
2880         }
2881         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2882                 act.store = cpuid;
2883                 act.invalidate = active;
2884                 act.va = va;
2885                 act.pmap = pmap;
2886                 act.pde = pde;
2887                 act.newpde = newpde;
2888                 CPU_SET(cpuid, &active);
2889                 smp_rendezvous_cpus(active,
2890                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2891                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2892         } else {
2893                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2894                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2895                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2896         }
2897         sched_unpin();
2898 }
2899 #else /* !SMP */
2900 /*
2901  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2902  */
2903 void
2904 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2905 {
2906         struct invpcid_descr d;
2907         uint64_t kcr3, ucr3;
2908         uint32_t pcid;
2909
2910         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2911                 pmap->pm_eptgen++;
2912                 return;
2913         }
2914         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2915             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2916
2917         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2918                 invlpg(va);
2919                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2920                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2921                         critical_enter();
2922                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2923                         if (invpcid_works) {
2924                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2925                                 d.pad = 0;
2926                                 d.addr = va;
2927                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2928                         } else {
2929                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2930                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2931                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2932                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2933                         }
2934                         critical_exit();
2935                 }
2936         } else if (pmap_pcid_enabled)
2937                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2938 }
2939
2940 void
2941 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2942 {
2943         struct invpcid_descr d;
2944         vm_offset_t addr;
2945         uint64_t kcr3, ucr3;
2946
2947         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2948                 pmap->pm_eptgen++;
2949                 return;
2950         }
2951         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2952             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2953
2954         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2955                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2956                         invlpg(addr);
2957                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2958                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2959                         critical_enter();
2960                         if (invpcid_works) {
2961                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2962                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2963                                 d.pad = 0;
2964                                 d.addr = sva;
2965                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2966                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2967                         } else {
2968                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2969                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2970                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2971                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2972                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2973                         }
2974                         critical_exit();
2975                 }
2976         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2977                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2978         }
2979 }
2980
2981 void
2982 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2983 {
2984         struct invpcid_descr d;
2985         uint64_t kcr3, ucr3;
2986
2987         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2988                 pmap->pm_eptgen++;
2989                 return;
2990         }
2991         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2992             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2993
2994         if (pmap == kernel_pmap) {
2995                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
2996                         bzero(&d, sizeof(d));
2997                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2998                 } else {
2999                         invltlb_glob();
3000                 }
3001         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3002                 if (pmap_pcid_enabled) {
3003                         critical_enter();
3004                         if (invpcid_works) {
3005                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3006                                 d.pad = 0;
3007                                 d.addr = 0;
3008                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3009                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3010                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3011                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3012                                 }
3013                         } else {
3014                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3015                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3016                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3017                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3018                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3019                                 } else
3020                                         load_cr3(kcr3);
3021                         }
3022                         critical_exit();
3023                 } else {
3024                         invltlb();
3025                 }
3026         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3027                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3028         }
3029 }
3030
3031 PMAP_INLINE void
3032 pmap_invalidate_cache(void)
3033 {
3034
3035         wbinvd();
3036 }
3037
3038 static void
3039 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3040 {
3041
3042         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3043         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3044                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3045         else
3046                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3047 }
3048 #endif /* !SMP */
3049
3050 static void
3051 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3052 {
3053
3054         /*
3055          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3056          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3057          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3058          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3059          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3060          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3061          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3062          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3063          * TLB.
3064          */
3065         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3066                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3067         else
3068                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3069 }
3070
3071 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3072     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3073 {
3074
3075         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3076                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3077         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3078                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3079         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3080 }
3081
3082 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3083
3084 static void
3085 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3086 {
3087
3088         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3089             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3090         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3091             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3092 }
3093
3094 static void
3095 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3096 {
3097
3098         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3099 }
3100
3101 void
3102 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3103 {
3104
3105         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3106
3107         /*
3108          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3109          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3110          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3111          * for that range anyway.
3112          */
3113         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3114                 return;
3115
3116         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3117                 /*
3118                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3119                  * instruction to insure that previous stores are
3120                  * included in the write-back.  The processor
3121                  * propagates flush to other processors in the cache
3122                  * coherence domain.
3123                  */
3124                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3125                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3126                         clflushopt(sva);
3127                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3128         } else {
3129                 /*
3130                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3131                  */
3132                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3133                         mfence();
3134                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3135                         clflush(sva);
3136                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3137                         mfence();
3138         }
3139 }
3140
3141 static void
3142 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3143 {
3144
3145         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3146         pmap_invalidate_cache();
3147 }
3148
3149 /*
3150  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3151  *
3152  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3153  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3154  * when moving pages into a different cache domain.
3155  */
3156 void
3157 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3158 {
3159         vm_offset_t daddr, eva;
3160         int i;
3161         bool useclflushopt;
3162
3163         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3164         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3165             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3166                 pmap_invalidate_cache();
3167         else {
3168                 if (useclflushopt)
3169                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3170                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3171                         mfence();
3172                 for (i = 0; i < count; i++) {
3173                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3174                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3175                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3176                                 if (useclflushopt)
3177                                         clflushopt(daddr);
3178                                 else
3179                                         clflush(daddr);
3180                         }
3181                 }
3182                 if (useclflushopt)
3183                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3184                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3185                         mfence();
3186         }
3187 }
3188
3189 void
3190 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3191 {
3192
3193         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3194
3195         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3196                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3197                 return;
3198         }
3199
3200         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3201         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3202                 return;
3203
3204         atomic_thread_fence_seq_cst();
3205         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3206                 clwb(sva);
3207         atomic_thread_fence_seq_cst();
3208 }
3209
3210 void
3211 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3212 {
3213         pt_entry_t *pte;
3214         vm_offset_t vaddr;
3215         int error, pte_bits;
3216
3217         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3218             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3219         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3220             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3221
3222         if (spa < dmaplimit) {
3223                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3224                     dmaplimit, epa)));
3225                 if (dmaplimit >= epa)
3226                         return;
3227                 spa = dmaplimit;
3228         }
3229
3230         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3231             X86_PG_V;
3232         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3233             &vaddr);
3234         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3235         pte = vtopte(vaddr);
3236         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3237                 sched_pin();
3238                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3239                 invlpg(vaddr);
3240                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3241                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3242                 sched_unpin();
3243         }
3244         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3245 }
3246
3247 /*
3248  *      Routine:        pmap_extract
3249  *      Function:
3250  *              Extract the physical page address associated
3251  *              with the given map/virtual_address pair.
3252  */
3253 vm_paddr_t 
3254 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3255 {
3256         pdp_entry_t *pdpe;
3257         pd_entry_t *pde;
3258         pt_entry_t *pte, PG_V;
3259         vm_paddr_t pa;
3260
3261         pa = 0;
3262         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3263         PMAP_LOCK(pmap);
3264         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3265         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3266                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3267                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3268                 else {
3269                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3270                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3271                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3272                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3273                                             (va & PDRMASK);
3274                                 } else {
3275                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3276                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3277                                             (va & PAGE_MASK);
3278                                 }
3279                         }
3280                 }
3281         }
3282         PMAP_UNLOCK(pmap);
3283         return (pa);
3284 }
3285
3286 /*
3287  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3288  *      Function:
3289  *              Atomically extract and hold the physical page
3290  *              with the given pmap and virtual address pair
3291  *              if that mapping permits the given protection.
3292  */
3293 vm_page_t
3294 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3295 {
3296         pd_entry_t pde, *pdep;
3297         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3298         vm_page_t m;
3299
3300         m = NULL;
3301         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3302         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3303
3304         PMAP_LOCK(pmap);
3305         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3306         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3307                 if (pde & PG_PS) {
3308                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3309                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3310                                     (va & PDRMASK));
3311                 } else {
3312                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3313                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3314                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3315                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3316                 }
3317                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3318                         m = NULL;
3319         }
3320         PMAP_UNLOCK(pmap);
3321         return (m);
3322 }
3323
3324 vm_paddr_t
3325 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3326 {
3327         pd_entry_t pde;
3328         vm_paddr_t pa;
3329
3330         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3331                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3332         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3333                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3334         } else {
3335                 pde = *vtopde(va);
3336                 if (pde & PG_PS) {
3337                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3338                 } else {
3339                         /*
3340                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3341                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3342                          * be used to access the PTE because it would use the
3343                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3344                          * because the page table page is preserved by the
3345                          * promotion.
3346                          */
3347                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3348                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3349                 }
3350         }
3351         return (pa);
3352 }
3353
3354 /***************************************************
3355  * Low level mapping routines.....
3356  ***************************************************/
3357
3358 /*
3359  * Add a wired page to the kva.
3360  * Note: not SMP coherent.
3361  */
3362 PMAP_INLINE void 
3363 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3364 {
3365         pt_entry_t *pte;
3366
3367         pte = vtopte(va);
3368         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3369 }
3370
3371 static __inline void
3372 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3373 {
3374         pt_entry_t *pte;
3375         int cache_bits;
3376
3377         pte = vtopte(va);
3378         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3379         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3380 }
3381
3382 /*
3383  * Remove a page from the kernel pagetables.
3384  * Note: not SMP coherent.
3385  */
3386 PMAP_INLINE void
3387 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3388 {
3389         pt_entry_t *pte;
3390
3391         pte = vtopte(va);
3392         pte_clear(pte);
3393 }
3394
3395 /*
3396  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3397  *      virtual address space.
3398  *
3399  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3400  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3401  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3402  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3403  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3404  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3405  *      region.
3406  */
3407 vm_offset_t
3408 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3409 {
3410         return PHYS_TO_DMAP(start);
3411 }
3412
3413
3414 /*
3415  * Add a list of wired pages to the kva
3416  * this routine is only used for temporary
3417  * kernel mappings that do not need to have
3418  * page modification or references recorded.
3419  * Note that old mappings are simply written
3420  * over.  The page *must* be wired.
3421  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3422  */
3423 void
3424 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3425 {
3426         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3427         vm_page_t m;
3428         int cache_bits;
3429
3430         oldpte = 0;
3431         pte = vtopte(sva);
3432         endpte = pte + count;
3433         while (pte < endpte) {
3434                 m = *ma++;
3435                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3436                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3437                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3438                         oldpte |= *pte;
3439                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3440                 }
3441                 pte++;
3442         }
3443         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3444                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3445                     PAGE_SIZE);
3446 }
3447
3448 /*
3449  * This routine tears out page mappings from the
3450  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3451  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3452  */
3453 void
3454 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3455 {
3456         vm_offset_t va;
3457
3458         va = sva;
3459         while (count-- > 0) {
3460                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3461                 pmap_kremove(va);
3462                 va += PAGE_SIZE;
3463         }
3464         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3465 }
3466
3467 /***************************************************
3468  * Page table page management routines.....
3469  ***************************************************/
3470 /*
3471  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3472  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3473  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3474  */
3475 static __inline void
3476 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3477     boolean_t set_PG_ZERO)
3478 {
3479
3480         if (set_PG_ZERO)
3481                 m->flags |= PG_ZERO;
3482         else
3483                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3484         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3485 }
3486         
3487 /*
3488  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3489  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3490  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3491  * ordered by this virtual address range.
3492  *
3493  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3494  */
3495 static __inline int
3496 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3497 {
3498
3499         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3500         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3501         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3502 }
3503
3504 /*
3505  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3506  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3507  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3508  * specified virtual address.
3509  */
3510 static __inline vm_page_t
3511 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3512 {
3513
3514         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3515         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3516 }
3517
3518 /*
3519  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3520  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3521  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3522  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3523  */
3524 static inline boolean_t
3525 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3526 {
3527
3528         --m->ref_count;
3529         if (m->ref_count == 0) {
3530                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3531                 return (TRUE);
3532         } else
3533                 return (FALSE);
3534 }
3535
3536 static void
3537 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3538 {
3539
3540         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3541         /*
3542          * unmap the page table page
3543          */
3544         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3545                 /* PDP page */
3546                 pml4_entry_t *pml4;
3547                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3548                 *pml4 = 0;
3549                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3550                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3551                         *pml4 = 0;
3552                 }
3553         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3554                 /* PD page */
3555                 pdp_entry_t *pdp;
3556                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3557                 *pdp = 0;
3558         } else {
3559                 /* PTE page */
3560                 pd_entry_t *pd;
3561                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3562                 *pd = 0;
3563         }
3564         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3565         if (m->pindex < NUPDE) {
3566                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3567                 vm_page_t pdpg;
3568
3569                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3570                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3571         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3572                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3573                 vm_page_t pdppg;
3574
3575                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3576                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3577         }
3578
3579         /* 
3580          * Put page on a list so that it is released after
3581          * *ALL* TLB shootdown is done
3582          */
3583         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3584 }
3585
3586 /*
3587  * After removing a page table entry, this routine is used to
3588  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3589  */
3590 static int
3591 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3592     struct spglist *free)
3593 {
3594         vm_page_t mpte;
3595
3596         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3597                 return (0);
3598         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3599         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3600         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3601 }
3602
3603 /*
3604  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3605  * mapping.
3606  */
3607 static void
3608 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3609 {
3610         struct spglist free;
3611
3612         SLIST_INIT(&free);
3613         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3614                 /*
3615                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3616                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3617                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3618                  */
3619                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3620                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3621         }
3622 }
3623
3624 void
3625 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3626 {
3627         struct proc *p;
3628         struct thread *td;
3629         int i;
3630
3631         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3632         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3633         pmap->pm_pml4u = NULL;
3634         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3635         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3636         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3637         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3638         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3639         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3640         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3641         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3642         CPU_FOREACH(i) {
3643                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3644                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3645         }
3646         pmap_activate_boot(pmap);
3647         td = curthread;
3648         if (pti) {
3649                 p = td->td_proc;
3650                 PROC_LOCK(p);
3651                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3652                 PROC_UNLOCK(p);
3653         }
3654         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3655
3656         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3657                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3658                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3659                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3660         }
3661 }
3662
3663 void
3664 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3665 {
3666         pml4_entry_t *pm_pml4;
3667         int i;
3668
3669         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3670
3671         /* Wire in kernel global address entries. */
3672         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3673                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3674                     X86_PG_V;
3675         }
3676         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3677                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3678                     X86_PG_V;
3679         }
3680
3681         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3682         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3683             X86_PG_A | X86_PG_M;
3684
3685         /* install large map entries if configured */
3686         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3687                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3688 }
3689
3690 static void
3691 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3692 {
3693         pml4_entry_t *pm_pml4;
3694         int i;
3695
3696         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3697         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3698                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3699 }
3700
3701 /*
3702  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3703  * such as one in a vmspace structure.
3704  */
3705 int
3706 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3707 {
3708         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3709         vm_paddr_t pml4phys;
3710         int i;
3711
3712         /*
3713          * allocate the page directory page
3714          */
3715         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3716             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3717
3718         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3719         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3720         CPU_FOREACH(i) {
3721                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3722                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3723         }
3724         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3725         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3726         pmap->pm_pml4u = NULL;
3727
3728         pmap->pm_type = pm_type;
3729         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3730                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3731
3732         /*
3733          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3734          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3735          * address space.
3736          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3737          */
3738         if (pm_type == PT_X86) {
3739                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3740                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3741                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3742                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3743                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3744                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3745                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3746                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3747                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3748                 }
3749                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3750                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3751                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3752                 }
3753         }
3754
3755         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3756         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3757         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3758         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3759         pmap->pm_flags = flags;
3760         pmap->pm_eptgen = 0;
3761
3762         return (1);
3763 }
3764
3765 int
3766 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3767 {
3768
3769         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3770 }
3771
3772 /*
3773  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3774  *
3775  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3776  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3777  *
3778  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3779  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3780  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3781  * race conditions.
3782  */
3783 static vm_page_t
3784 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3785 {
3786         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3787         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3788
3789         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3790
3791         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3792         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3793         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3794         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3795
3796         /*
3797          * Allocate a page table page.
3798          */
3799         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3800             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3801                 if (lockp != NULL) {
3802                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3803                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3804                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3805                         vm_wait(NULL);
3806                         PMAP_LOCK(pmap);
3807                 }
3808
3809                 /*
3810                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3811                  * page may have been allocated.
3812                  */
3813                 return (NULL);
3814         }
3815         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3816                 pmap_zero_page(m);
3817
3818         /*
3819          * Map the pagetable page into the process address space, if
3820          * it isn't already there.
3821          */
3822
3823         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3824                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3825                 vm_pindex_t pml4index;
3826
3827                 /* Wire up a new PDPE page */
3828                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3829                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3830                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3831                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3832                         /*
3833                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3834                          * kernel-mode page table no-execute so that
3835                          * we detect any programming errors that leave
3836                          * the kernel-mode page table active on return
3837                          * to user space.
3838                          */
3839                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3840                                 *pml4 |= pg_nx;
3841
3842                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3843                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3844                             PG_A | PG_M;
3845                 }
3846
3847         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3848                 vm_pindex_t pml4index;
3849                 vm_pindex_t pdpindex;
3850                 pml4_entry_t *pml4;
3851                 pdp_entry_t *pdp;
3852
3853                 /* Wire up a new PDE page */
3854                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3855                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3856
3857                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3858                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3859                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3860                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3861                             lockp) == NULL) {
3862                                 vm_page_unwire_noq(m);
3863                                 vm_page_free_zero(m);
3864                                 return (NULL);
3865                         }
3866                 } else {
3867                         /* Add reference to pdp page */
3868                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3869                         pdppg->ref_count++;
3870                 }
3871                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3872
3873                 /* Now find the pdp page */
3874                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3875                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3876
3877         } else {
3878                 vm_pindex_t pml4index;
3879                 vm_pindex_t pdpindex;
3880                 pml4_entry_t *pml4;
3881                 pdp_entry_t *pdp;
3882                 pd_entry_t *pd;
3883
3884                 /* Wire up a new PTE page */
3885                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3886                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3887
3888                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3889                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3890                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3891                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3892                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3893                             lockp) == NULL) {
3894                                 vm_page_unwire_noq(m);
3895                                 vm_page_free_zero(m);
3896                                 return (NULL);
3897                         }
3898                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3899                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3900                 } else {
3901                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3902                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3903                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3904                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3905                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3906                                     lockp) == NULL) {
3907                                         vm_page_unwire_noq(m);
3908                                         vm_page_free_zero(m);
3909                                         return (NULL);
3910                                 }
3911                         } else {
3912                                 /* Add reference to the pd page */
3913                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3914                                 pdpg->ref_count++;
3915                         }
3916                 }
3917                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3918
3919                 /* Now we know where the page directory page is */
3920                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3921                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3922         }
3923
3924         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3925
3926         return (m);
3927 }
3928
3929 static pd_entry_t *
3930 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
3931     struct rwlock **lockp)
3932 {
3933         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3934         pd_entry_t *pde;
3935         vm_page_t pdpg;
3936         vm_pindex_t pdpindex;
3937
3938         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3939
3940 retry:
3941         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3942         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3943                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3944                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3945                         /* Add a reference to the pd page. */
3946                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3947                         pdpg->ref_count++;
3948                 } else
3949                         pdpg = NULL;
3950         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3951                 /* Allocate a pd page. */
3952                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
3953                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3954                 if (pdpg == NULL) {
3955                         if (lockp != NULL)
3956                                 goto retry;
3957                         else
3958                                 return (NULL);
3959                 }
3960                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3961                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3962         } else
3963                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
3964                     va);
3965         *pdpgp = pdpg;
3966         return (pde);
3967 }
3968
3969 static vm_page_t
3970 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3971 {
3972         vm_pindex_t ptepindex;
3973         pd_entry_t *pd, PG_V;
3974         vm_page_t m;
3975
3976         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3977
3978         /*
3979          * Calculate pagetable page index
3980          */
3981         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3982 retry:
3983         /*
3984          * Get the page directory entry
3985          */
3986         pd = pmap_pde(pmap, va);
3987
3988         /*
3989          * This supports switching from a 2MB page to a
3990          * normal 4K page.
3991          */
3992         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3993                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
3994                         /*
3995                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
3996                          * the deallocation of the underlying PD page.
3997                          */
3998                         pd = NULL;
3999                 }
4000         }
4001
4002         /*
4003          * If the page table page is mapped, we just increment the
4004          * hold count, and activate it.
4005          */
4006         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4007                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4008                 m->ref_count++;
4009         } else {
4010                 /*
4011                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4012                  * deallocated.
4013                  */
4014                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
4015                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4016                         goto retry;
4017         }
4018         return (m);
4019 }
4020
4021
4022 /***************************************************
4023  * Pmap allocation/deallocation routines.
4024  ***************************************************/
4025
4026 /*
4027  * Release any resources held by the given physical map.
4028  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4029  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4030  */
4031 void
4032 pmap_release(pmap_t pmap)
4033 {
4034         vm_page_t m;
4035         int i;
4036
4037         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4038             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
4039             pmap->pm_stats.resident_count));
4040         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4041             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
4042         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4043             ("releasing active pmap %p", pmap));
4044
4045         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
4046
4047         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4048                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
4049         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4050                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
4051         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
4052         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4053                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
4054
4055         vm_page_unwire_noq(m);
4056         vm_page_free_zero(m);
4057
4058         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
4059                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
4060                 vm_page_unwire_noq(m);
4061                 vm_page_free(m);
4062         }
4063         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4064             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4065                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4066 }
4067
4068 static int
4069 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4070 {
4071         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4072
4073         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4074 }
4075 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4076     0, 0, kvm_size, "LU",
4077     "Size of KVM");
4078
4079 static int
4080 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4081 {
4082         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4083
4084         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4085 }
4086 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4087     0, 0, kvm_free, "LU",
4088     "Amount of KVM free");
4089
4090 /*
4091  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4092  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4093  */
4094 void
4095 pmap_page_array_startup(long pages)
4096 {
4097         pdp_entry_t *pdpe;
4098         pd_entry_t *pde, newpdir;
4099         vm_offset_t va, start, end;
4100         vm_paddr_t pa;
4101         long pfn;
4102         int domain, i;
4103
4104         vm_page_array_size = pages;
4105
4106         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4107         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4108         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4109                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4110                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4111                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4112                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4113                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4114                         dump_add_page(pa);
4115                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4116                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4117                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4118                 }
4119                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4120                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4121                         panic("Unexpected pde");
4122                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4123                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4124                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4125                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4126                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4127                 pde_store(pde, newpdir);
4128         }
4129         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4130 }
4131
4132 /*
4133  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4134  */
4135 void
4136 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4137 {
4138         vm_paddr_t paddr;
4139         vm_page_t nkpg;
4140         pd_entry_t *pde, newpdir;
4141         pdp_entry_t *pdpe;
4142
4143         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4144
4145         /*
4146          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4147          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4148          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4149          *
4150          * The correctness of this action is based on the following
4151          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4152          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4153          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4154          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4155          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4156          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4157          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4158          * "KERNBASE".
4159          */
4160         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4161                 return;
4162
4163         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4164         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4165                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4166         while (kernel_vm_end < addr) {
4167                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4168                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4169                         /* We need a new PDP entry */
4170                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4171                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4172                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4173                         if (nkpg == NULL)
4174                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4175                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4176                                 pmap_zero_page(nkpg);
4177                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4178                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4179                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4180                         continue; /* try again */
4181                 }
4182                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4183                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4184                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4185                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4186                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4187                                 break;                       
4188                         }
4189                         continue;
4190                 }
4191
4192                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4193                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4194                     VM_ALLOC_ZERO);
4195                 if (nkpg == NULL)
4196                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4197                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4198                         pmap_zero_page(nkpg);
4199                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4200                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4201                 pde_store(pde, newpdir);
4202
4203                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4204                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4205                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4206                         break;                       
4207                 }
4208         }
4209 }
4210
4211
4212 /***************************************************
4213  * page management routines.
4214  ***************************************************/
4215
4216 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4217 CTASSERT(_NPCM == 3);
4218 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4219
4220 static __inline struct pv_chunk *
4221 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4222 {
4223
4224         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4225 }
4226
4227 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4228
4229 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4230 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4231 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4232
4233 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4234
4235 #ifdef PV_STATS
4236 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4237
4238 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4239         "Current number of pv entry chunks");
4240 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4241         "Current number of pv entry chunks allocated");
4242 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4243         "Current number of pv entry chunks frees");
4244 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4245         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4246
4247 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4248 static int pv_entry_spare;
4249
4250 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4251         "Current number of pv entry frees");
4252 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4253         "Current number of pv entry allocs");
4254 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4255         "Current number of pv entries");
4256 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4257         "Current number of spare pv entries");
4258 #endif
4259
4260 static void
4261 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4262 {
4263
4264         if (pmap == NULL)
4265                 return;
4266         pmap_invalidate_all(pmap);
4267         if (pmap != locked_pmap)
4268                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4269         if (start_di)
4270                 pmap_delayed_invl_finish();
4271 }
4272
4273 /*
4274  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4275  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4276  * another pv entry chunk.
4277  *
4278  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4279  *
4280  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4281  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4282  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4283  */
4284 static vm_page_t
4285 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4286 {
4287         struct pv_chunks_list *pvc;
4288         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4289         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4290         struct md_page *pvh;
4291         pd_entry_t *pde;
4292         pmap_t next_pmap, pmap;
4293         pt_entry_t *pte, tpte;
4294         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4295         pv_entry_t pv;
4296         vm_offset_t va;
4297         vm_page_t m, m_pc;
4298         struct spglist free;
4299         uint64_t inuse;
4300         int bit, field, freed;
4301         bool start_di;
4302
4303         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4304         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4305         pmap = NULL;
4306         m_pc = NULL;
4307         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4308         SLIST_INIT(&free);
4309         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4310         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4311         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4312         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4313
4314         /*
4315          * A delayed invalidation block should already be active if
4316          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4317          * of pmap_demote_pde_locked().
4318          */
4319         start_di = pmap_not_in_di();
4320
4321         pvc = &pv_chunks[domain];
4322         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4323         pvc->active_reclaims++;
4324         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4325         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4326         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4327             SLIST_EMPTY(&free)) {
4328                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4329                 if (next_pmap == NULL) {
4330                         /*
4331                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4332                          * not our marker, so active_reclaims must be
4333                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4334                          * will not rotate the pv_chunks list.
4335                          */
4336                         goto next_chunk;
4337                 }
4338                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4339
4340                 /*
4341                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4342                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4343                  * corresponding pmap is locked.
4344                  */
4345                 if (pmap != next_pmap) {
4346                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4347                             start_di);
4348                         pmap = next_pmap;
4349                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4350                         if (pmap > locked_pmap) {
4351                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4352                                 PMAP_LOCK(pmap);
4353                                 if (start_di)
4354                                         pmap_delayed_invl_start();
4355                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4356                                 continue;
4357                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4358                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4359                                         if (start_di)
4360                                                 pmap_delayed_invl_start();
4361                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4362                                         continue;
4363                                 } else {
4364                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4365                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4366                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4367                                         if (pc == NULL ||
4368                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4369                                                 continue;
4370                                         goto next_chunk;
4371                                 }
4372                         } else if (start_di)
4373                                 pmap_delayed_invl_start();
4374                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4375                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4376                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4377                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4378                 }
4379
4380                 /*
4381                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4382                  */
4383                 freed = 0;
4384                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4385                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4386                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4387                                 bit = bsfq(inuse);
4388                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4389                                 va = pv->pv_va;
4390                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4391                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4392                                         continue;
4393                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4394                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4395                                         continue;
4396                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4397                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4398                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4399                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4400                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4401                                         vm_page_dirty(m);
4402                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4403                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4404                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4405                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4406                                 m->md.pv_gen++;
4407                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4408                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4409                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4410                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4411                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4412                                                     PGA_WRITEABLE);
4413                                         }
4414                                 }
4415                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4416                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4417                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4418                                 freed++;
4419                         }
4420                 }
4421                 if (freed == 0) {
4422                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4423                         goto next_chunk;
4424                 }
4425                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4426                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4427                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4428                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4429                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4430                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4431                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4432                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4433                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4434                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4435                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4436                         /* Entire chunk is free; return it. */
4437                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4438                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4439                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4440                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4441                         break;
4442                 }
4443                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4444                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4445                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4446                 if (pmap == locked_pmap)
4447                         break;
4448 next_chunk:
4449                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4450                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4451                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4452                         /*
4453                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4454                          * scan the same pv chunks that could not be
4455                          * freed (because they contained a wired
4456                          * and/or superpage mapping) on every
4457                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4458                          */
4459                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4460                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4461                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4462                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4463                         }
4464                 }
4465         }
4466         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4467         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4468         pvc->active_reclaims--;
4469         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4470         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4471         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4472                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4473                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4474                 /* Recycle a freed page table page. */
4475                 m_pc->ref_count = 1;
4476         }
4477         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4478         return (m_pc);
4479 }
4480
4481 static vm_page_t
4482 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4483 {
4484         vm_page_t m;
4485         int i, domain;
4486
4487         domain = PCPU_GET(domain);
4488         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4489                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4490                 if (m != NULL)
4491                         break;
4492                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4493         }
4494
4495         return (m);
4496 }
4497
4498 /*
4499  * free the pv_entry back to the free list
4500  */
4501 static void
4502 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4503 {
4504         struct pv_chunk *pc;
4505         int idx, field, bit;
4506
4507         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4508         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4509         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4510         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4511         pc = pv_to_chunk(pv);
4512         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4513         field = idx / 64;
4514         bit = idx % 64;
4515         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4516         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4517             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4518                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4519                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4520                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4521                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4522                 }
4523                 return;
4524         }
4525         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4526         free_pv_chunk(pc);
4527 }
4528
4529 static void
4530 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4531 {
4532         vm_page_t m;
4533
4534         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4535         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4536         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4537         /* entire chunk is free, return it */
4538         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4539         dump_drop_page(m->phys_addr);
4540         vm_page_unwire_noq(m);
4541         vm_page_free(m);
4542 }
4543
4544 static void
4545 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4546 {
4547         struct pv_chunks_list *pvc;
4548
4549         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4550         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4551         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4552         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4553         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4554 }
4555
4556 static void
4557 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4558 {
4559         struct pv_chunks_list *pvc;
4560         struct pv_chunk *pc, *npc;
4561         int i;
4562
4563         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4564                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
4565                         continue;
4566                 pvc = &pv_chunks[i];
4567                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4568                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
4569                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4570                 }
4571                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4572         }
4573
4574         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4575                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
4576                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4577                 }
4578         }
4579 }
4580
4581 /*
4582  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4583  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4584  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4585  * returned.
4586  *
4587  * The given PV list lock may be released.
4588  */
4589 static pv_entry_t
4590 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4591 {
4592         struct pv_chunks_list *pvc;
4593         int bit, field;
4594         pv_entry_t pv;
4595         struct pv_chunk *pc;
4596         vm_page_t m;
4597
4598         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4599         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4600 retry:
4601         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4602         if (pc != NULL) {
4603                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4604                         if (pc->pc_map[field]) {
4605                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4606                                 break;
4607                         }
4608                 }
4609                 if (field < _NPCM) {
4610                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4611                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4612                         /* If this was the last item, move it to tail */
4613                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4614                             pc->pc_map[2] == 0) {
4615                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4616                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4617                                     pc_list);
4618                         }
4619                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4620                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4621                         return (pv);
4622                 }
4623         }
4624         /* No free items, allocate another chunk */
4625         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4626             VM_ALLOC_WIRED);
4627         if (m == NULL) {
4628                 if (lockp == NULL) {
4629                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4630                         return (NULL);
4631                 }
4632                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4633                 if (m == NULL)
4634                         goto retry;
4635         }
4636         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4637         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4638         dump_add_page(m->phys_addr);
4639         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4640         pc->pc_pmap = pmap;
4641         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4642         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4643         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4644         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
4645         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4646         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4647         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4648         pv = &pc->pc_pventry[0];
4649         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4650         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4651         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4652         return (pv);
4653 }
4654
4655 /*
4656  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4657  *
4658  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4659  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4660  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4661  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4662  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4663  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4664  * as well.
4665  *
4666  * Reference numbers for erratas are
4667  * 4th Gen Core: HSD146
4668  * 5th Gen Core: BDM85
4669  * 6th Gen Core: SKL029
4670  */
4671 static int
4672 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4673 {
4674         u_long result, tmp;
4675
4676         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4677             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4678             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4679             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4680             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4681         return (result);
4682 }
4683
4684 /*
4685  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4686  * exceeds the given count, "needed".
4687  *
4688  * The given PV list lock may be released.
4689  */
4690 static void
4691 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4692 {
4693         struct pv_chunks_list *pvc;
4694         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
4695         struct pv_chunk *pc;
4696         vm_page_t m;
4697         int avail, free, i;
4698         bool reclaimed;
4699
4700         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4701         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4702
4703         /*
4704          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4705          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4706          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4707          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4708          */
4709         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
4710                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
4711 retry:
4712         avail = 0;
4713         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4714 #ifndef __POPCNT__
4715                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4716                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4717                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4718                 else
4719 #endif
4720                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4721                 if (free == 0)
4722                         break;
4723                 avail += free;
4724                 if (avail >= needed)
4725                         break;
4726         }
4727         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4728                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4729                     VM_ALLOC_WIRED);
4730                 if (m == NULL) {
4731                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4732                         if (m == NULL)
4733                                 goto retry;
4734                         reclaimed = true;
4735                 }
4736                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4737                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4738                 dump_add_page(m->phys_addr);
4739                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4740                 pc->pc_pmap = pmap;
4741                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4742                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4743                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4744                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4745                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
4746                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4747
4748                 /*
4749                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4750                  * If that chunk contained available entries, we need to
4751                  * re-count the number of available entries.
4752                  */
4753                 if (reclaimed)
4754                         goto retry;
4755         }
4756         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4757                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
4758                         continue;
4759                 pvc = &pv_chunks[i];
4760                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4761                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
4762                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4763         }
4764 }
4765
4766 /*
4767  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4768  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4769  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4770  * 2MB page mappings.
4771  */
4772 static __inline pv_entry_t
4773 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4774 {
4775         pv_entry_t pv;
4776
4777         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4778                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4779                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4780                         pvh->pv_gen++;
4781                         break;
4782                 }
4783         }
4784         return (pv);
4785 }
4786
4787 /*
4788  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4789  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4790  * entries for each of the 4KB page mappings.
4791  */
4792 static void
4793 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4794     struct rwlock **lockp)
4795 {
4796         struct md_page *pvh;
4797         struct pv_chunk *pc;
4798         pv_entry_t pv;
4799         vm_offset_t va_last;
4800         vm_page_t m;
4801         int bit, field;
4802
4803         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4804         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4805             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4806         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4807
4808         /*
4809          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4810          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4811          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4812          */
4813         pvh = pa_to_pvh(pa);
4814         va = trunc_2mpage(va);
4815         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4816         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4817         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4818         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4819         m->md.pv_gen++;
4820         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4821         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4822         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4823         for (;;) {
4824                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4825                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4826                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4827                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4828                         while (pc->pc_map[field]) {
4829                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4830                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4831                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4832                                 va += PAGE_SIZE;
4833                                 pv->pv_va = va;
4834                                 m++;
4835                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4836                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4837                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4838                                 m->md.pv_gen++;
4839                                 if (va == va_last)
4840                                         goto out;
4841                         }
4842                 }
4843                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4844                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4845         }
4846 out:
4847         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4848                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4849                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4850         }
4851         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4852         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4853 }
4854
4855 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4856 /*
4857  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4858  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4859  * for the 2MB page mapping.
4860  */
4861 static void
4862 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4863     struct rwlock **lockp)
4864 {
4865         struct md_page *pvh;
4866         pv_entry_t pv;
4867         vm_offset_t va_last;
4868         vm_page_t m;
4869
4870         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4871             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4872         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4873
4874         /*
4875          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4876          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4877          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4878          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4879          * mappings that is being promoted.
4880          */
4881         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4882         va = trunc_2mpage(va);
4883         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4884         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4885         pvh = pa_to_pvh(pa);
4886         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4887         pvh->pv_gen++;
4888         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4889         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4890         do {
4891                 m++;
4892                 va += PAGE_SIZE;
4893                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4894         } while (va < va_last);
4895 }
4896 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4897
4898 /*
4899  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4900  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4901  * page mappings.
4902  */
4903 static void
4904 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4905 {
4906         pv_entry_t pv;
4907
4908         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4909         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4910         free_pv_entry(pmap, pv);
4911 }
4912
4913 /*
4914  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4915  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4916  */
4917 static boolean_t
4918 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4919     struct rwlock **lockp)
4920 {
4921         pv_entry_t pv;
4922
4923         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4924         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4925         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4926                 pv->pv_va = va;
4927                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4928                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4929                 m->md.pv_gen++;
4930                 return (TRUE);
4931         } else
4932                 return (FALSE);
4933 }
4934
4935 /*
4936  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4937  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4938  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4939  */
4940 static bool
4941 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4942     struct rwlock **lockp)
4943 {
4944         struct md_page *pvh;
4945         pv_entry_t pv;
4946         vm_paddr_t pa;
4947
4948         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4949         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4950         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4951             NULL : lockp)) == NULL)
4952                 return (false);
4953         pv->pv_va = va;
4954         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4955         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4956         pvh = pa_to_pvh(pa);
4957         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4958         pvh->pv_gen++;
4959         return (true);
4960 }
4961
4962 /*
4963  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4964  */
4965 static void
4966 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4967 {
4968         pt_entry_t *pte;
4969
4970         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4971                 *pte = newpte;
4972                 newpte += PAGE_SIZE;
4973         }
4974 }
4975
4976 /*
4977  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4978  * mapping is invalidated.
4979  */
4980 static boolean_t
4981 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4982 {
4983         struct rwlock *lock;
4984         boolean_t rv;
4985
4986         lock = NULL;
4987         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4988         if (lock != NULL)
4989                 rw_wunlock(lock);
4990         return (rv);
4991 }
4992
4993 static void
4994 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
4995 {
4996 #ifdef INVARIANTS
4997 #ifdef DIAGNOSTIC
4998         pt_entry_t *xpte, *ypte;
4999
5000         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5001             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5002                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5003                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5004                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5005                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5006                         printf("page table dump\n");
5007                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5008                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5009                         panic("firstpte");
5010                 }
5011         }
5012 #else
5013         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5014             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5015             " addresses"));
5016 #endif
5017 #endif
5018 }
5019
5020 static void
5021 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5022     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5023 {
5024         struct spglist free;
5025         vm_offset_t sva;
5026
5027         SLIST_INIT(&free);
5028         sva = trunc_2mpage(va);
5029         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5030         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5031                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5032         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5033         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5034             va, pmap);
5035 }
5036
5037 static boolean_t
5038 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5039     struct rwlock **lockp)
5040 {
5041         pd_entry_t newpde, oldpde;
5042         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5043         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5044         vm_paddr_t mptepa;
5045         vm_page_t mpte;
5046         int PG_PTE_CACHE;
5047         bool in_kernel;
5048
5049         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5050         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5051         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5052         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5053         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5054         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5055         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5056
5057         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5058         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5059         oldpde = *pde;
5060         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5061             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5062
5063         /*
5064          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5065          * mapping was never accessed.
5066          */
5067         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5068                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5069                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5070                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5071                 return (FALSE);
5072         }
5073
5074         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5075         if (mpte == NULL) {
5076                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5077                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5078                     " is missing"));
5079
5080                 /*
5081                  * If the page table page is missing and the mapping
5082                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5083                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5084                  * for every other part of the kernel address space,
5085                  * so the direct map region is the only part of the
5086                  * kernel address space that must be handled here.
5087                  */
5088                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5089                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5090                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5091
5092                 /*
5093                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5094                  * region of the kernel's address space, then the page
5095                  * allocation request specifies the highest possible
5096                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5097                  * priority is normal.
5098                  */
5099                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5100                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5101                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5102
5103                 /*
5104                  * If the allocation of the new page table page fails,
5105                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5106                  */
5107                 if (mpte == NULL) {
5108                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5109                         return (FALSE);
5110                 }
5111
5112                 if (!in_kernel) {
5113                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5114                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5115                 }
5116         }
5117         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5118         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5119         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5120         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5121             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5122         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5123         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5124
5125         /*
5126          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5127          * initialize it.
5128          */
5129         if (mpte->valid == 0)
5130                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5131
5132         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5133
5134         /*
5135          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5136          * entries.
5137          */
5138         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5139                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5140
5141         /*
5142          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5143          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5144          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5145          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5146          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5147          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5148          */
5149         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5150                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5151
5152         /*
5153          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5154          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5155          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5156          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5157          * the read above and the store below. 
5158          */
5159         if (workaround_erratum383)
5160                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5161         else
5162                 pde_store(pde, newpde);
5163
5164         /*
5165          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5166          */
5167         if (in_kernel)
5168                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5169
5170         /*
5171          * Demote the PV entry.
5172          */
5173         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5174                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5175
5176         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5177         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5178             va, pmap);
5179         return (TRUE);
5180 }
5181
5182 /*
5183  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5184  */
5185 static void
5186 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5187 {
5188         pd_entry_t newpde;
5189         vm_paddr_t mptepa;
5190         vm_page_t mpte;
5191
5192         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5193         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5194         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5195         if (mpte == NULL)
5196                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5197
5198         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5199         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5200
5201         /*
5202          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5203          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5204          */
5205         if (mpte->valid != 0)
5206                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5207
5208         /*
5209          * Demote the mapping.
5210          */
5211         if (workaround_erratum383)
5212                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5213         else
5214                 pde_store(pde, newpde);
5215
5216         /*
5217          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5218          */
5219         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5220 }
5221
5222 /*
5223  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5224  */
5225 static int
5226 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5227     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5228 {
5229         struct md_page *pvh;
5230         pd_entry_t oldpde;
5231         vm_offset_t eva, va;
5232         vm_page_t m, mpte;
5233         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5234
5235         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5236         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5237         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5238         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5239
5240         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5241         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5242             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5243         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5244         if (oldpde & PG_W)
5245                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5246         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5247                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5248         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5249         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5250                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5251                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5252                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5253                 eva = sva + NBPDR;
5254                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5255                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5256                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5257                                 vm_page_dirty(m);
5258                         if (oldpde & PG_A)
5259                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5260                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5261                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5262                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5263                         pmap_delayed_invl_page(m);
5264                 }
5265         }
5266         if (pmap == kernel_pmap) {
5267                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5268         } else {
5269                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5270                 if (mpte != NULL) {
5271                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5272                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5273                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5274                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5275                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5276                         mpte->ref_count = 0;
5277                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5278                 }
5279         }
5280         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5281 }
5282
5283 /*
5284  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5285  */
5286 static int
5287 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5288     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5289 {
5290         struct md_page *pvh;
5291         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5292         vm_page_t m;
5293
5294         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5295         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5296         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5297
5298         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5299         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5300         if (oldpte & PG_W)
5301                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5302         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5303         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5304                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5305                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5306                         vm_page_dirty(m);
5307                 if (oldpte & PG_A)
5308                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5309                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5310                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5311                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5312                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5313                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5314                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5315                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5316                 }
5317                 pmap_delayed_invl_page(m);
5318         }
5319         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5320 }
5321
5322 /*
5323  * Remove a single page from a process address space
5324  */
5325 static void
5326 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5327     struct spglist *free)
5328 {
5329         struct rwlock *lock;
5330         pt_entry_t *pte, PG_V;
5331
5332         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5333         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5334         if ((*pde & PG_V) == 0)
5335                 return;
5336         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5337         if ((*pte & PG_V) == 0)
5338                 return;
5339         lock = NULL;
5340         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5341         if (lock != NULL)
5342                 rw_wunlock(lock);
5343         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5344 }
5345
5346 /*
5347  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5348  */
5349 static bool
5350 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5351     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5352 {
5353         pt_entry_t PG_G, *pte;
5354         vm_offset_t va;
5355         bool anyvalid;
5356
5357         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5358         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5359         anyvalid = false;
5360         va = eva;
5361         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5362             sva += PAGE_SIZE) {
5363                 if (*pte == 0) {
5364                         if (va != eva) {
5365                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5366                                 va = eva;
5367                         }
5368                         continue;
5369                 }
5370                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5371                         anyvalid = true;
5372                 else if (va == eva)
5373                         va = sva;
5374                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5375                         sva += PAGE_SIZE;
5376                         break;
5377                 }
5378         }
5379         if (va != eva)
5380                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5381         return (anyvalid);
5382 }
5383
5384 /*
5385  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5386  *
5387  *      It is assumed that the start and end are properly
5388  *      rounded to the page size.
5389  */
5390 void
5391 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5392 {
5393         struct rwlock *lock;
5394         vm_offset_t va_next;
5395         pml4_entry_t *pml4e;
5396         pdp_entry_t *pdpe;
5397         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5398         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5399         struct spglist free;
5400         int anyvalid;
5401
5402         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5403         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5404
5405         /*
5406          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5407          */
5408         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5409                 return;
5410
5411         anyvalid = 0;
5412         SLIST_INIT(&free);
5413
5414         pmap_delayed_invl_start();
5415         PMAP_LOCK(pmap);
5416         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5417
5418         /*
5419          * special handling of removing one page.  a very
5420          * common operation and easy to short circuit some
5421          * code.
5422          */
5423         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5424                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5425                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5426                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5427                         goto out;
5428                 }
5429         }
5430
5431         lock = NULL;
5432         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5433
5434                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5435                         break;
5436
5437                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5438                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5439                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5440                         if (va_next < sva)
5441                                 va_next = eva;
5442                         continue;
5443                 }
5444
5445                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5446                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5447                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5448                         if (va_next < sva)
5449                                 va_next = eva;
5450                         continue;
5451                 }
5452
5453                 /*
5454                  * Calculate index for next page table.
5455                  */
5456                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5457                 if (va_next < sva)
5458                         va_next = eva;
5459
5460                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5461                 ptpaddr = *pde;
5462
5463                 /*
5464                  * Weed out invalid mappings.
5465                  */
5466                 if (ptpaddr == 0)
5467                         continue;
5468
5469                 /*
5470                  * Check for large page.
5471                  */
5472                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5473                         /*
5474                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5475                          * demote the mapping and fall through.
5476                          */
5477                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5478                                 /*
5479                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5480                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5481                                  */
5482                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5483                                         anyvalid = 1;
5484                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5485                                 continue;
5486                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5487                             &lock)) {
5488                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5489                                 continue;
5490                         } else
5491                                 ptpaddr = *pde;
5492                 }
5493
5494                 /*
5495                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5496                  * by the current page table page, or to the end of the
5497                  * range being removed.
5498                  */
5499                 if (va_next > eva)
5500                         va_next = eva;
5501
5502                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5503                         anyvalid = 1;
5504         }
5505         if (lock != NULL)
5506                 rw_wunlock(lock);
5507 out:
5508         if (anyvalid)
5509                 pmap_invalidate_all(pmap);
5510         PMAP_UNLOCK(pmap);
5511         pmap_delayed_invl_finish();
5512         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5513 }
5514
5515 /*
5516  *      Routine:        pmap_remove_all
5517  *      Function:
5518  *              Removes this physical page from
5519  *              all physical maps in which it resides.
5520  *              Reflects back modify bits to the pager.
5521  *
5522  *      Notes:
5523  *              Original versions of this routine were very
5524  *              inefficient because they iteratively called
5525  *              pmap_remove (slow...)
5526  */
5527
5528 void
5529 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5530 {
5531         struct md_page *pvh;
5532         pv_entry_t pv;
5533         pmap_t pmap;
5534         struct rwlock *lock;
5535         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5536         pd_entry_t *pde;
5537         vm_offset_t va;
5538         struct spglist free;
5539         int pvh_gen, md_gen;
5540
5541         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5542             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5543         SLIST_INIT(&free);
5544         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5545         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5546             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5547 retry:
5548         rw_wlock(lock);
5549         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5550                 pmap = PV_PMAP(pv);
5551                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5552                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5553                         rw_wunlock(lock);
5554                         PMAP_LOCK(pmap);
5555                         rw_wlock(lock);
5556                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5557                                 rw_wunlock(lock);
5558                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5559                                 goto retry;
5560                         }
5561                 }
5562                 va = pv->pv_va;
5563                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5564                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5565                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5566         }
5567         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5568                 pmap = PV_PMAP(pv);
5569                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5570                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5571                         md_gen = m->md.pv_gen;
5572                         rw_wunlock(lock);
5573                         PMAP_LOCK(pmap);
5574                         rw_wlock(lock);
5575                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5576                                 rw_wunlock(lock);
5577                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5578                                 goto retry;
5579                         }
5580                 }
5581                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5582                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5583                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5584                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5585                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5586                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5587                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5588                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5589                 tpte = pte_load_clear(pte);
5590                 if (tpte & PG_W)
5591                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5592                 if (tpte & PG_A)
5593                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5594
5595                 /*
5596                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5597                  */
5598                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5599                         vm_page_dirty(m);
5600                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5601                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5602                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5603                 m->md.pv_gen++;
5604                 free_pv_entry(pmap, pv);
5605                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5606         }
5607         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5608         rw_wunlock(lock);
5609         pmap_delayed_invl_wait(m);
5610         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5611 }
5612
5613 /*
5614  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5615  */
5616 static boolean_t
5617 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5618 {
5619         pd_entry_t newpde, oldpde;
5620         vm_page_t m, mt;
5621         boolean_t anychanged;
5622         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5623
5624         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5625         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5626         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5627
5628         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5629         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5630             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5631         anychanged = FALSE;
5632 retry:
5633         oldpde = newpde = *pde;
5634         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5635                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5636                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5637                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5638                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5639                                 vm_page_dirty(mt);
5640                 }
5641                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5642         }
5643         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5644                 newpde |= pg_nx;
5645         if (newpde != oldpde) {
5646                 /*
5647                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5648                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5649                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5650                  */
5651                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5652                         goto retry;
5653                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5654                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5655                 else
5656                         anychanged = TRUE;
5657         }
5658         return (anychanged);
5659 }
5660
5661 /*
5662  *      Set the physical protection on the
5663  *      specified range of this map as requested.
5664  */
5665 void
5666 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5667 {
5668         vm_offset_t va_next;
5669         pml4_entry_t *pml4e;
5670         pdp_entry_t *pdpe;
5671         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5672         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5673         boolean_t anychanged;
5674
5675         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5676         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5677                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5678                 return;
5679         }
5680
5681         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5682             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5683                 return;
5684
5685         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5686         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5687         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5688         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5689         anychanged = FALSE;
5690
5691         /*
5692          * Although this function delays and batches the invalidation
5693          * of stale TLB entries, it does not need to call
5694          * pmap_delayed_invl_start() and
5695          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5696          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5697          * protection-only changes need only be invalidated before the
5698          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5699          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5700          * a physical page's PV list of mappings, like
5701          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5702          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5703          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5704          * updates.
5705          *
5706          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5707          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5708          * invalidated.
5709          */
5710         
5711         PMAP_LOCK(pmap);
5712         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5713
5714                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5715                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5716                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5717                         if (va_next < sva)
5718                                 va_next = eva;
5719                         continue;
5720                 }
5721
5722                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5723                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5724                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5725                         if (va_next < sva)
5726                                 va_next = eva;
5727                         continue;
5728                 }
5729
5730                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5731                 if (va_next < sva)
5732                         va_next = eva;
5733
5734                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5735                 ptpaddr = *pde;
5736
5737                 /*
5738                  * Weed out invalid mappings.
5739                  */
5740                 if (ptpaddr == 0)
5741                         continue;
5742
5743                 /*
5744                  * Check for large page.
5745                  */
5746                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5747                         /*
5748                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5749                          * demote the mapping and fall through.
5750                          */
5751                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5752                                 /*
5753                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5754                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5755                                  */
5756                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5757                                         anychanged = TRUE;
5758                                 continue;
5759                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5760                                 /*
5761                                  * The large page mapping was destroyed.
5762                                  */
5763                                 continue;
5764                         }
5765                 }
5766
5767                 if (va_next > eva)
5768                         va_next = eva;
5769
5770                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5771                     sva += PAGE_SIZE) {
5772                         pt_entry_t obits, pbits;
5773                         vm_page_t m;
5774
5775 retry:
5776                         obits = pbits = *pte;
5777                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5778                                 continue;
5779
5780                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5781                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5782                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5783                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5784                                         vm_page_dirty(m);
5785                                 }
5786                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5787                         }
5788                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5789                                 pbits |= pg_nx;
5790
5791                         if (pbits != obits) {
5792                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5793                                         goto retry;
5794                                 if (obits & PG_G)
5795                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5796                                 else
5797                                         anychanged = TRUE;
5798                         }
5799                 }
5800         }
5801         if (anychanged)
5802                 pmap_invalidate_all(pmap);
5803         PMAP_UNLOCK(pmap);
5804 }
5805
5806 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5807 static bool
5808 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5809 {
5810
5811         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5812                 return (false);
5813         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5814 }
5815
5816 /*
5817  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5818  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5819  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5820  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5821  * identical characteristics. 
5822  */
5823 static void
5824 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5825     struct rwlock **lockp)
5826 {
5827         pd_entry_t newpde;
5828         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5829         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5830         vm_page_t mpte;
5831         int PG_PTE_CACHE;
5832
5833         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5834         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5835         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5836         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5837         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5838         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5839         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5840
5841         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5842
5843         /*
5844          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5845          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5846          * within a 2MB page. 
5847          */
5848         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5849 setpde:
5850         newpde = *firstpte;
5851         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5852             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5853             newpde))) {
5854                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5855                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5856                     " in pmap %p", va, pmap);
5857                 return;
5858         }
5859         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5860                 /*
5861                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5862                  * a TLB invalidation.
5863                  */
5864                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5865                         goto setpde;
5866                 newpde &= ~PG_RW;
5867         }
5868
5869         /*
5870          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5871          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5872          * characteristics to the first PTE.
5873          */
5874         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5875         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5876 setpte:
5877                 oldpte = *pte;
5878                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5879                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5880                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5881                             " in pmap %p", va, pmap);
5882                         return;
5883                 }
5884                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5885                         /*
5886                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5887                          * without a TLB invalidation.
5888                          */
5889                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5890                                 goto setpte;
5891                         oldpte &= ~PG_RW;
5892                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5893                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5894                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5895                 }
5896                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5897                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5898                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5899                             " in pmap %p", va, pmap);
5900                         return;
5901                 }
5902                 pa -= PAGE_SIZE;
5903         }
5904
5905         /*
5906          * Save the page table page in its current state until the PDE
5907          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5908          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5909          */
5910         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5911         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5912             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5913             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5914         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5915             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5916         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5917                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5918                 CTR2(KTR_PMAP,
5919                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5920                     pmap);
5921                 return;
5922         }
5923
5924         /*
5925          * Promote the pv entries.
5926          */
5927         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5928                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5929
5930         /*
5931          * Propagate the PAT index to its proper position.
5932          */
5933         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5934
5935         /*
5936          * Map the superpage.
5937          */
5938         if (workaround_erratum383)
5939                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5940         else
5941                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5942
5943         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5944         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5945             " in pmap %p", va, pmap);
5946 }
5947 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5948
5949 /*
5950  *      Insert the given physical page (p) at
5951  *      the specified virtual address (v) in the
5952  *      target physical map with the protection requested.
5953  *
5954  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5955  *      that the related pte can not be reclaimed.
5956  *
5957  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5958  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5959  *      insert this page into the given map NOW.
5960  *
5961  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5962  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5963  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5964  */
5965 int
5966 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5967     u_int flags, int8_t psind)
5968 {
5969         struct rwlock *lock;
5970         pd_entry_t *pde;
5971         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5972         pt_entry_t newpte, origpte;
5973         pv_entry_t pv;
5974         vm_paddr_t opa, pa;
5975         vm_page_t mpte, om;
5976         int rv;
5977         boolean_t nosleep;
5978
5979         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5980         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5981         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5982         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5983         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5984
5985         va = trunc_page(va);
5986         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5987         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5988             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5989             va));
5990         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
5991             va >= kmi.clean_eva,
5992             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
5993         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
5994                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
5995         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
5996             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
5997         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5998         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
5999         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6000                 newpte |= PG_M;
6001         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6002                 newpte |= PG_RW;
6003         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6004             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6005         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6006                 newpte |= pg_nx;
6007         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6008                 newpte |= PG_W;
6009         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6010                 newpte |= PG_U;
6011         if (pmap == kernel_pmap)
6012                 newpte |= PG_G;
6013         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6014
6015         /*
6016          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6017          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6018          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6019          */
6020         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6021                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6022                         newpte |= PG_M;
6023         } else
6024                 newpte |= PG_MANAGED;
6025
6026         lock = NULL;
6027         PMAP_LOCK(pmap);
6028         if (psind == 1) {
6029                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6030                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6031                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6032                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6033                 goto out;
6034         }
6035         mpte = NULL;
6036
6037         /*
6038          * In the case that a page table page is not
6039          * resident, we are creating it here.
6040          */
6041 retry:
6042         pde = pmap_pde(pmap, va);
6043         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6044             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6045                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6046                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6047                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6048                         mpte->ref_count++;
6049                 }
6050         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6051                 /*
6052                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6053                  * deallocated.
6054                  */
6055                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6056                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6057                     nosleep ? NULL : &lock);
6058                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6059                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6060                         goto out;
6061                 }
6062                 goto retry;
6063         } else
6064                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6065
6066         origpte = *pte;
6067         pv = NULL;
6068         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6069                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6070
6071         /*
6072          * Is the specified virtual address already mapped?
6073          */
6074         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6075                 /*
6076                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6077                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6078                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6079                  * the PT page will be also.
6080                  */
6081                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6082                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6083                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6084                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6085
6086                 /*
6087                  * Remove the extra PT page reference.
6088                  */
6089                 if (mpte != NULL) {
6090                         mpte->ref_count--;
6091                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6092                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6093                              " va: 0x%lx", va));
6094                 }
6095
6096                 /*
6097                  * Has the physical page changed?
6098                  */
6099                 opa = origpte & PG_FRAME;
6100                 if (opa == pa) {
6101                         /*
6102                          * No, might be a protection or wiring change.
6103                          */
6104                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6105                             (newpte & PG_RW) != 0)
6106                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6107                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6108                                 goto unchanged;
6109                         goto validate;
6110                 }
6111
6112                 /*
6113                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6114                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6115                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6116                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6117                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6118                  * avoiding an allocation.
6119                  *
6120                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6121                  */
6122                 origpte = pte_load_clear(pte);
6123                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6124                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6125                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6126                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6127
6128                         /*
6129                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6130                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6131                          * pmap_ts_referenced().
6132                          */
6133                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6134                                 vm_page_dirty(om);
6135                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6136                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6137                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6138                         }
6139                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6140                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6141                         KASSERT(pv != NULL,
6142                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6143                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6144                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6145                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6146                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6147                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6148                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6149                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6150                 } else {
6151                         /*
6152                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6153                          * is set.
6154                          */
6155                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6156                 }
6157                 origpte = 0;
6158         } else {
6159                 /*
6160                  * Increment the counters.
6161                  */
6162                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6163                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6164                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6165         }
6166
6167         /*
6168          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6169          */
6170         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6171                 if (pv == NULL) {
6172                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6173                         pv->pv_va = va;
6174                 }
6175                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6176                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6177                 m->md.pv_gen++;
6178                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6179                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6180         }
6181
6182         /*
6183          * Update the PTE.
6184          */
6185         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6186 validate:
6187                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6188                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6189                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6190                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6191                     (PG_M | PG_RW)) {
6192                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6193                                 vm_page_dirty(m);
6194
6195                         /*
6196                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6197                          * invalidation may nonetheless be required because
6198                          * the PTE no longer has PG_M set.
6199                          */
6200                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6201                         /*
6202                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6203                          */
6204                         goto unchanged;
6205                 }
6206                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6207                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6208         } else
6209                 pte_store(pte, newpte);
6210
6211 unchanged:
6212
6213 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6214         /*
6215          * If both the page table page and the reservation are fully
6216          * populated, then attempt promotion.
6217          */
6218         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6219             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6220             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6221             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6222                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6223 #endif
6224
6225         rv = KERN_SUCCESS;
6226 out:
6227         if (lock != NULL)
6228                 rw_wunlock(lock);
6229         PMAP_UNLOCK(pmap);
6230         return (rv);
6231 }
6232
6233 /*
6234  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6235  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6236  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6237  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6238  * PV entry.
6239  */
6240 static bool
6241 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6242     struct rwlock **lockp)
6243 {
6244         pd_entry_t newpde;
6245         pt_entry_t PG_V;
6246
6247         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6248         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6249         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6250             PG_PS | PG_V;
6251         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6252                 newpde |= PG_MANAGED;
6253         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6254                 newpde |= pg_nx;
6255         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6256                 newpde |= PG_U;
6257         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6258             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6259             KERN_SUCCESS);
6260 }
6261
6262 /*
6263  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6264  * zero.
6265  */
6266 static bool
6267 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6268 {
6269         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6270
6271         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6272         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6273         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6274                 if (*pte != 0)
6275                         return (false);
6276         }
6277         return (true);
6278 }
6279
6280 /*
6281  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6282  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6283  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6284  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6285  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6286  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6287  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6288  *
6289  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6290  */
6291 static int
6292 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6293     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6294 {
6295         struct spglist free;
6296         pd_entry_t oldpde, *pde;
6297         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6298         vm_page_t mt, pdpg;
6299
6300         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6301             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6302         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6303         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6304         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6305             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6306         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6307         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6308
6309         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6310             newpde))) {
6311                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6312                     " in pmap %p", va, pmap);
6313                 return (KERN_FAILURE);
6314         }
6315         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6316             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6317                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6318                     " in pmap %p", va, pmap);
6319                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6320         }
6321
6322         /*
6323          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6324          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6325          * it could sleep.
6326          */
6327         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6328                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6329                 return (KERN_FAILURE);
6330         }
6331         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6332                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6333                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6334         }
6335
6336         /*
6337          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6338          */
6339         oldpde = *pde;
6340         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6341                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6342                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6343                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6344                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6345                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6346                         if (pdpg != NULL)
6347                                 pdpg->ref_count--;
6348                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6349                             " in pmap %p", va, pmap);
6350                         return (KERN_FAILURE);
6351                 }
6352                 /* Break the existing mapping(s). */
6353                 SLIST_INIT(&free);
6354                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6355                         /*
6356                          * The reference to the PD page that was acquired by
6357                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6358                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6359                          * a reserved PT page could be freed.
6360                          */
6361                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6362                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6363                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6364                 } else {
6365                         pmap_delayed_invl_start();
6366                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6367                             lockp))
6368                                pmap_invalidate_all(pmap);
6369                         pmap_delayed_invl_finish();
6370                 }
6371                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6372                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6373                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6374                             pde));
6375                 } else {
6376                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6377                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6378
6379                         /*
6380                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6381                          * leave the kernel page table page zero filled.
6382                          */
6383                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6384                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6385                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6386                 }
6387         }
6388
6389         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6390                 /*
6391                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6392                  */
6393                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6394                         if (pdpg != NULL)
6395                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6396                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6397                             " in pmap %p", va, pmap);
6398                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6399                 }
6400                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6401                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6402                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6403                 }
6404         }
6405
6406         /*
6407          * Increment counters.
6408          */
6409         if ((newpde & PG_W) != 0)
6410                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6411         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6412
6413         /*
6414          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6415          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6416          */
6417         pde_store(pde, newpde);
6418
6419         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6420         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6421             va, pmap);
6422         return (KERN_SUCCESS);
6423 }
6424
6425 /*
6426  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6427  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6428  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6429  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6430  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6431  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6432  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6433  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6434  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6435  * corresponding offset from m_start are mapped.
6436  */
6437 void
6438 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6439     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6440 {
6441         struct rwlock *lock;
6442         vm_offset_t va;
6443         vm_page_t m, mpte;
6444         vm_pindex_t diff, psize;
6445
6446         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6447
6448         psize = atop(end - start);
6449         mpte = NULL;
6450         m = m_start;
6451         lock = NULL;
6452         PMAP_LOCK(pmap);
6453         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6454                 va = start + ptoa(diff);
6455                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6456                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6457                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6458                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6459                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6460                 else
6461                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6462                             mpte, &lock);
6463                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6464         }
6465         if (lock != NULL)
6466                 rw_wunlock(lock);
6467         PMAP_UNLOCK(pmap);
6468 }
6469
6470 /*
6471  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6472  * 1. Current pmap & pmap exists.
6473  * 2. Not wired.
6474  * 3. Read access.
6475  * 4. No page table pages.
6476  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6477  */
6478
6479 void
6480 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6481 {
6482         struct rwlock *lock;
6483
6484         lock = NULL;
6485         PMAP_LOCK(pmap);
6486         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6487         if (lock != NULL)
6488                 rw_wunlock(lock);
6489         PMAP_UNLOCK(pmap);
6490 }
6491
6492 static vm_page_t
6493 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6494     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6495 {
6496         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6497
6498         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6499             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6500             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6501         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6502         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6503
6504         /*
6505          * In the case that a page table page is not
6506          * resident, we are creating it here.
6507          */
6508         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6509                 vm_pindex_t ptepindex;
6510                 pd_entry_t *ptepa;
6511
6512                 /*
6513                  * Calculate pagetable page index
6514                  */
6515                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6516                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6517                         mpte->ref_count++;
6518                 } else {
6519                         /*
6520                          * Get the page directory entry
6521                          */
6522                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6523
6524                         /*
6525                          * If the page table page is mapped, we just increment
6526                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6527                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6528                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6529                          */
6530                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6531                                 if (*ptepa & PG_PS)
6532                                         return (NULL);
6533                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6534                                 mpte->ref_count++;
6535                         } else {
6536                                 /*
6537                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6538                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6539                                  */
6540                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6541                                 if (mpte == NULL)
6542                                         return (mpte);
6543                         }
6544                 }
6545                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6546                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6547         } else {
6548                 mpte = NULL;
6549                 pte = vtopte(va);
6550         }
6551         if (*pte) {
6552                 if (mpte != NULL)
6553                         mpte->ref_count--;
6554                 return (NULL);
6555         }
6556
6557         /*
6558          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6559          */
6560         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6561             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6562                 if (mpte != NULL)
6563                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
6564                 return (NULL);
6565         }
6566
6567         /*
6568          * Increment counters
6569          */
6570         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6571
6572         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6573             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6574         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6575                 newpte |= PG_MANAGED;
6576         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6577                 newpte |= pg_nx;
6578         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6579                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6580         pte_store(pte, newpte);
6581         return (mpte);
6582 }
6583
6584 /*
6585  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6586  * to be used for panic dumps.
6587  */
6588 void *
6589 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6590 {
6591         vm_offset_t va;
6592
6593         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6594         pmap_kenter(va, pa);
6595         invlpg(va);
6596         return ((void *)crashdumpmap);
6597 }
6598
6599 /*
6600  * This code maps large physical mmap regions into the
6601  * processor address space.  Note that some shortcuts
6602  * are taken, but the code works.
6603  */
6604 void
6605 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6606     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6607 {
6608         pd_entry_t *pde;
6609         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6610         vm_paddr_t pa, ptepa;
6611         vm_page_t p, pdpg;
6612         int pat_mode;
6613
6614         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6615         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6616         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6617         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6618
6619         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6620         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6621             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6622         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6623                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6624                         return;
6625                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6626                         return;
6627                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6628                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6629                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6630                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6631
6632                 /*
6633                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6634                  * aligned to a 2MB page boundary.
6635                  */
6636                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6637                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6638                         return;
6639
6640                 /*
6641                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6642                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6643                  * memory attributes.
6644                  */
6645                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6646                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6647                     pa += PAGE_SIZE) {
6648                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6649                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6650                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6651                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6652                                 return;
6653                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6654                 }
6655
6656                 /*
6657                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6658                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6659                  * will not affect the termination of this loop.
6660                  */ 
6661                 PMAP_LOCK(pmap);
6662                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6663                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6664                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
6665                         if (pde == NULL) {
6666                                 /*
6667                                  * The creation of mappings below is only an
6668                                  * optimization.  If a page directory page
6669                                  * cannot be allocated without blocking,
6670                                  * continue on to the next mapping rather than
6671                                  * blocking.
6672                                  */
6673                                 addr += NBPDR;
6674                                 continue;
6675                         }
6676                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6677                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6678                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6679                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6680                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6681                         } else {
6682                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6683                                 pdpg->ref_count--;
6684                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6685                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6686                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6687                         }
6688                         addr += NBPDR;
6689                 }
6690                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6691         }
6692 }
6693
6694 /*
6695  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6696  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6697  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6698  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6699  *
6700  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6701  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6702  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6703  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6704  *      function are not needed.
6705  */
6706 void
6707 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6708 {
6709         vm_offset_t va_next;
6710         pml4_entry_t *pml4e;
6711         pdp_entry_t *pdpe;
6712         pd_entry_t *pde;
6713         pt_entry_t *pte, PG_V;
6714
6715         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6716         PMAP_LOCK(pmap);
6717         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6718                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6719                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6720                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6721                         if (va_next < sva)
6722                                 va_next = eva;
6723                         continue;
6724                 }
6725                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6726                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6727                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6728                         if (va_next < sva)
6729                                 va_next = eva;
6730                         continue;
6731                 }
6732                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6733                 if (va_next < sva)
6734                         va_next = eva;
6735                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6736                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6737                         continue;
6738                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6739                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6740                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6741                                     (uintmax_t)*pde);
6742
6743                         /*
6744                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6745                          * demote the mapping and fall through.
6746                          */
6747                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6748                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6749                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6750                                     PAGE_SIZE;
6751                                 continue;
6752                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6753                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6754                 }
6755                 if (va_next > eva)
6756                         va_next = eva;
6757                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6758                     sva += PAGE_SIZE) {
6759                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6760                                 continue;
6761                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6762                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6763                                     (uintmax_t)*pte);
6764
6765                         /*
6766                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6767                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6768                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6769                          */
6770                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6771                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6772                 }
6773         }
6774         PMAP_UNLOCK(pmap);
6775 }
6776
6777 /*
6778  *      Copy the range specified by src_addr/len
6779  *      from the source map to the range dst_addr/len
6780  *      in the destination map.
6781  *
6782  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6783  */
6784 void
6785 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6786     vm_offset_t src_addr)
6787 {
6788         struct rwlock *lock;
6789         pml4_entry_t *pml4e;
6790         pdp_entry_t *pdpe;
6791         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6792         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6793         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6794         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6795
6796         if (dst_addr != src_addr)
6797                 return;
6798
6799         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6800                 return;
6801
6802         /*
6803          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6804          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6805          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6806          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6807          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6808          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6809          */
6810         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6811                 return;
6812
6813         end_addr = src_addr + len;
6814         lock = NULL;
6815         if (dst_pmap < src_pmap) {
6816                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6817                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6818         } else {
6819                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6820                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6821         }
6822
6823         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6824         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6825         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6826
6827         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6828                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6829                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6830
6831                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6832                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6833                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6834                         if (va_next < addr)
6835                                 va_next = end_addr;
6836                         continue;
6837                 }
6838
6839                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6840                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6841                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6842                         if (va_next < addr)
6843                                 va_next = end_addr;
6844                         continue;
6845                 }
6846
6847                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6848                 if (va_next < addr)
6849                         va_next = end_addr;
6850
6851                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6852                 srcptepaddr = *pde;
6853                 if (srcptepaddr == 0)
6854                         continue;
6855                         
6856                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6857                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6858                                 continue;
6859                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
6860                         if (pde == NULL)
6861                                 break;
6862                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6863                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6864                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6865                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6866                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6867                                     PAGE_SIZE);
6868                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6869                         } else
6870                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
6871                         continue;
6872                 }
6873
6874                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6875                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6876                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6877                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6878
6879                 if (va_next > end_addr)
6880                         va_next = end_addr;
6881
6882                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6883                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6884                 dstmpte = NULL;
6885                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6886                         ptetemp = *src_pte;
6887
6888                         /*
6889                          * We only virtual copy managed pages.
6890                          */
6891                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6892                                 continue;
6893
6894                         if (dstmpte != NULL) {
6895                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6896                                     pmap_pde_pindex(addr),
6897                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6898                                 dstmpte->ref_count++;
6899                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6900                             NULL)) == NULL)
6901                                 goto out;
6902                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6903                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6904                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6905                         if (*dst_pte == 0 &&
6906                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6907                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6908                                 /*
6909                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6910                                  * (referenced) bits during the copy.
6911                                  */
6912                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6913                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6914                         } else {
6915                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
6916                                 goto out;
6917                         }
6918                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6919                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6920                                 break;
6921                 }
6922         }
6923 out:
6924         if (lock != NULL)
6925                 rw_wunlock(lock);
6926         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6927         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6928 }
6929
6930 int
6931 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6932 {
6933         int error;
6934
6935         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6936             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6937             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6938                 return (0);
6939         for (;;) {
6940                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6941                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6942                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6943                 } else {
6944                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6945                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6946                 }
6947                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6948                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6949                 if (error == ENOMEM)
6950                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6951                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6952                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6953                 if (error != ENOMEM)
6954                         break;
6955                 vm_wait(NULL);
6956         }
6957         return (error);
6958 }
6959
6960 /*
6961  * Zero the specified hardware page.
6962  */
6963 void
6964 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6965 {
6966         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6967
6968         pagezero((void *)va);
6969 }
6970
6971 /*
6972  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6973  * cover an area beyond a single hardware page.
6974  */
6975 void
6976 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6977 {
6978         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6979
6980         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6981                 pagezero((void *)va);
6982         else
6983                 bzero((char *)va + off, size);
6984 }
6985
6986 /*
6987  * Copy 1 specified hardware page to another.
6988  */
6989 void
6990 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
6991 {
6992         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
6993         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
6994
6995         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
6996 }
6997
6998 int unmapped_buf_allowed = 1;
6999
7000 void
7001 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7002     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7003 {
7004         void *a_cp, *b_cp;
7005         vm_page_t pages[2];
7006         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7007         int cnt;
7008         boolean_t mapped;
7009
7010         while (xfersize > 0) {
7011                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7012                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7013                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7014                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7015                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7016                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7017                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7018                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7019                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7020                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7021                 if (__predict_false(mapped))
7022                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7023                 a_offset += cnt;
7024                 b_offset += cnt;
7025                 xfersize -= cnt;
7026         }
7027 }
7028
7029 /*
7030  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7031  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7032  * be changed upwards or downwards in the future; it
7033  * is only necessary that true be returned for a small
7034  * subset of pmaps for proper page aging.
7035  */
7036 boolean_t
7037 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7038 {
7039         struct md_page *pvh;
7040         struct rwlock *lock;
7041         pv_entry_t pv;
7042         int loops = 0;
7043         boolean_t rv;
7044
7045         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7046             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7047         rv = FALSE;
7048         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7049         rw_rlock(lock);
7050         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7051                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7052                         rv = TRUE;
7053                         break;
7054                 }
7055                 loops++;
7056                 if (loops >= 16)
7057                         break;
7058         }
7059         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7060                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7061                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7062                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7063                                 rv = TRUE;
7064                                 break;
7065                         }
7066                         loops++;
7067                         if (loops >= 16)
7068                                 break;
7069                 }
7070         }
7071         rw_runlock(lock);
7072         return (rv);
7073 }
7074
7075 /*
7076  *      pmap_page_wired_mappings:
7077  *
7078  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7079  *      that are wired.
7080  */
7081 int
7082 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7083 {
7084         struct rwlock *lock;
7085         struct md_page *pvh;
7086         pmap_t pmap;
7087         pt_entry_t *pte;
7088         pv_entry_t pv;
7089         int count, md_gen, pvh_gen;
7090
7091         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7092                 return (0);
7093         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7094         rw_rlock(lock);
7095 restart:
7096         count = 0;
7097         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7098                 pmap = PV_PMAP(pv);
7099                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7100                         md_gen = m->md.pv_gen;
7101                         rw_runlock(lock);
7102                         PMAP_LOCK(pmap);
7103                         rw_rlock(lock);
7104                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7105                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7106                                 goto restart;
7107                         }
7108                 }
7109                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7110                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7111                         count++;
7112                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7113         }
7114         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7115                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7116                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7117                         pmap = PV_PMAP(pv);
7118                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7119                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7120                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7121                                 rw_runlock(lock);
7122                                 PMAP_LOCK(pmap);
7123                                 rw_rlock(lock);
7124                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7125                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7126                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7127                                         goto restart;
7128                                 }
7129                         }
7130                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7131                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7132                                 count++;
7133                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7134                 }
7135         }
7136         rw_runlock(lock);
7137         return (count);
7138 }
7139
7140 /*
7141  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7142  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7143  */
7144 boolean_t
7145 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7146 {
7147         struct rwlock *lock;
7148         boolean_t rv;
7149
7150         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7151                 return (FALSE);
7152         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7153         rw_rlock(lock);
7154         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7155             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7156             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7157         rw_runlock(lock);
7158         return (rv);
7159 }
7160
7161 /*
7162  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7163  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7164  * caller.
7165  *
7166  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7167  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7168  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7169  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7170  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7171  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7172  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7173  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7174  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7175  * this function starts.
7176  *
7177  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7178  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7179  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7180  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7181  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7182  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7183  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7184  * that eventual TLB invalidation.
7185  */
7186 void
7187 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7188 {
7189         pd_entry_t ptepde;
7190         pt_entry_t *pte, tpte;
7191         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7192         struct spglist free;
7193         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7194         vm_page_t m, mpte, mt;
7195         pv_entry_t pv;
7196         struct md_page *pvh;
7197         struct pv_chunk *pc, *npc;
7198         struct rwlock *lock;
7199         int64_t bit;
7200         uint64_t inuse, bitmask;
7201         int allfree, field, freed, i, idx;
7202         boolean_t superpage;
7203         vm_paddr_t pa;
7204
7205         /*
7206          * Assert that the given pmap is only active on the current
7207          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7208          * activating the pmap while this function is executing.
7209          */
7210         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7211 #ifdef INVARIANTS
7212         {
7213                 cpuset_t other_cpus;
7214
7215                 other_cpus = all_cpus;
7216                 critical_enter();
7217                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7218                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7219                 critical_exit();
7220                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7221         }
7222 #endif
7223
7224         lock = NULL;
7225         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7226         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7227         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7228
7229         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7230                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7231         SLIST_INIT(&free);
7232         PMAP_LOCK(pmap);
7233         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7234                 allfree = 1;
7235                 freed = 0;
7236                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7237                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7238                         while (inuse != 0) {
7239                                 bit = bsfq(inuse);
7240                                 bitmask = 1UL << bit;
7241                                 idx = field * 64 + bit;
7242                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7243                                 inuse &= ~bitmask;
7244
7245                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7246                                 ptepde = *pte;
7247                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7248                                 tpte = *pte;
7249                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7250                                         superpage = FALSE;
7251                                         ptepde = tpte;
7252                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7253                                             PG_FRAME);
7254                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7255                                         tpte = *pte;
7256                                 } else {
7257                                         /*
7258                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7259                                          * superpage explicitly instead of
7260                                          * relying on PG_PS being set.
7261                                          *
7262                                          * This is because PG_PS is numerically
7263                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7264                                          * regular page could be mistaken for
7265                                          * a superpage.
7266                                          */
7267                                         superpage = TRUE;
7268                                 }
7269
7270                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7271                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7272                                             pv->pv_va, tpte);
7273                                 }
7274
7275 /*
7276  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7277  */
7278                                 if (tpte & PG_W) {
7279                                         allfree = 0;
7280                                         continue;
7281                                 }
7282
7283                                 if (superpage)
7284                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7285                                 else
7286                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7287
7288                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7289                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7290                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7291                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7292                                     (uintmax_t)tpte));
7293
7294                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7295                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7296                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7297                                     (uintmax_t)tpte));
7298
7299                                 pte_clear(pte);
7300
7301                                 /*
7302                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7303                                  */
7304                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7305                                         if (superpage) {
7306                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7307                                                         vm_page_dirty(mt);
7308                                         } else
7309                                                 vm_page_dirty(m);
7310                                 }
7311
7312                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7313
7314                                 /* Mark free */
7315                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7316                                 if (superpage) {
7317                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7318                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7319                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7320                                         pvh->pv_gen++;
7321                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7322                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7323                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7324                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7325                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7326                                         }
7327                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7328                                         if (mpte != NULL) {
7329                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7330                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7331                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7332                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7333                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7334                                                 mpte->ref_count = 0;
7335                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7336                                         }
7337                                 } else {
7338                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7339                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7340                                         m->md.pv_gen++;
7341                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7342                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7343                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7344                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7345                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7346                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7347                                         }
7348                                 }
7349                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7350                                 freed++;
7351                         }
7352                 }
7353                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7354                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7355                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7356                 if (allfree) {
7357                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7358                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7359                 }
7360         }
7361         if (lock != NULL)
7362                 rw_wunlock(lock);
7363         pmap_invalidate_all(pmap);
7364         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7365         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7366         PMAP_UNLOCK(pmap);
7367         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7368 }
7369
7370 static boolean_t
7371 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7372 {
7373         struct rwlock *lock;
7374         pv_entry_t pv;
7375         struct md_page *pvh;
7376         pt_entry_t *pte, mask;
7377         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7378         pmap_t pmap;
7379         int md_gen, pvh_gen;
7380         boolean_t rv;
7381
7382         rv = FALSE;
7383         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7384         rw_rlock(lock);
7385 restart:
7386         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7387                 pmap = PV_PMAP(pv);
7388                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7389                         md_gen = m->md.pv_gen;
7390                         rw_runlock(lock);
7391                         PMAP_LOCK(pmap);
7392                         rw_rlock(lock);
7393                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7394                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7395                                 goto restart;
7396                         }
7397                 }
7398                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7399                 mask = 0;
7400                 if (modified) {
7401                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7402                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7403                         mask |= PG_RW | PG_M;
7404                 }
7405                 if (accessed) {
7406                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7407                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7408                         mask |= PG_V | PG_A;
7409                 }
7410                 rv = (*pte & mask) == mask;
7411                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7412                 if (rv)
7413                         goto out;
7414         }
7415         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7416                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7417                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7418                         pmap = PV_PMAP(pv);
7419                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7420                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7421                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7422                                 rw_runlock(lock);
7423                                 PMAP_LOCK(pmap);
7424                                 rw_rlock(lock);
7425                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7426                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7427                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7428                                         goto restart;
7429                                 }
7430                         }
7431                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7432                         mask = 0;
7433                         if (modified) {
7434                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7435                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7436                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7437                         }
7438                         if (accessed) {
7439                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7440                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7441                                 mask |= PG_V | PG_A;
7442                         }
7443                         rv = (*pte & mask) == mask;
7444                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7445                         if (rv)
7446                                 goto out;
7447                 }
7448         }
7449 out:
7450         rw_runlock(lock);
7451         return (rv);
7452 }
7453
7454 /*
7455  *      pmap_is_modified:
7456  *
7457  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7458  *      in any physical maps.
7459  */
7460 boolean_t
7461 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7462 {
7463
7464         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7465             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7466
7467         /*
7468          * If the page is not busied then this check is racy.
7469          */
7470         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7471                 return (FALSE);
7472         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7473 }
7474
7475 /*
7476  *      pmap_is_prefaultable:
7477  *
7478  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7479  *      for prefault.
7480  */
7481 boolean_t
7482 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7483 {
7484         pd_entry_t *pde;
7485         pt_entry_t *pte, PG_V;
7486         boolean_t rv;
7487
7488         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7489         rv = FALSE;
7490         PMAP_LOCK(pmap);
7491         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7492         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7493                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7494                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7495         }
7496         PMAP_UNLOCK(pmap);
7497         return (rv);
7498 }
7499
7500 /*
7501  *      pmap_is_referenced:
7502  *
7503  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7504  *      in any physical maps.
7505  */
7506 boolean_t
7507 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7508 {
7509
7510         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7511             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7512         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7513 }
7514
7515 /*
7516  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7517  */
7518 void
7519 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7520 {
7521         struct md_page *pvh;
7522         pmap_t pmap;
7523         struct rwlock *lock;
7524         pv_entry_t next_pv, pv;
7525         pd_entry_t *pde;
7526         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7527         vm_offset_t va;
7528         int pvh_gen, md_gen;
7529
7530         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7531             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7532
7533         vm_page_assert_busied(m);
7534         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7535                 return;
7536
7537         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7538         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7539             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7540 retry_pv_loop:
7541         rw_wlock(lock);
7542         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7543                 pmap = PV_PMAP(pv);
7544                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7545                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7546                         rw_wunlock(lock);
7547                         PMAP_LOCK(pmap);
7548                         rw_wlock(lock);
7549                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7550                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7551                                 rw_wunlock(lock);
7552                                 goto retry_pv_loop;
7553                         }
7554                 }
7555                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7556                 va = pv->pv_va;
7557                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7558                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7559                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7560                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7561                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7562                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7563                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7564         }
7565         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7566                 pmap = PV_PMAP(pv);
7567                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7568                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7569                         md_gen = m->md.pv_gen;
7570                         rw_wunlock(lock);
7571                         PMAP_LOCK(pmap);
7572                         rw_wlock(lock);
7573                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7574                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7575                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7576                                 rw_wunlock(lock);
7577                                 goto retry_pv_loop;
7578                         }
7579                 }
7580                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7581                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7582                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7583                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7584                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7585                     m));
7586                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7587 retry:
7588                 oldpte = *pte;
7589                 if (oldpte & PG_RW) {
7590                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7591                             ~(PG_RW | PG_M)))
7592                                 goto retry;
7593                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7594                                 vm_page_dirty(m);
7595                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7596                 }
7597                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7598         }
7599         rw_wunlock(lock);
7600         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7601         pmap_delayed_invl_wait(m);
7602 }
7603
7604 static __inline boolean_t
7605 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7606 {
7607
7608         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7609                 return (TRUE);
7610
7611         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7612
7613         /*
7614          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7615          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7616          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7617          */
7618         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7619                 return (FALSE);
7620
7621         /*
7622          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7623          */
7624         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7625             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7626                 return (TRUE);
7627         else
7628                 return (FALSE);
7629 }
7630
7631 /*
7632  *      pmap_ts_referenced:
7633  *
7634  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7635  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7636  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7637  *      reference bits set.
7638  *
7639  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7640  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7641  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7642  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7643  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7644  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7645  *      to pmap_is_modified().
7646  *
7647  *      A DI block is not needed within this function, because
7648  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7649  *      released.
7650  */
7651 int
7652 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7653 {
7654         struct md_page *pvh;
7655         pv_entry_t pv, pvf;
7656         pmap_t pmap;
7657         struct rwlock *lock;
7658         pd_entry_t oldpde, *pde;
7659         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7660         vm_offset_t va;
7661         vm_paddr_t pa;
7662         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7663         struct spglist free;
7664         boolean_t demoted;
7665
7666         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7667             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7668         SLIST_INIT(&free);
7669         cleared = 0;
7670         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7671         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7672         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7673         rw_wlock(lock);
7674 retry:
7675         not_cleared = 0;
7676         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7677                 goto small_mappings;
7678         pv = pvf;
7679         do {
7680                 if (pvf == NULL)
7681                         pvf = pv;
7682                 pmap = PV_PMAP(pv);
7683                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7684                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7685                         rw_wunlock(lock);
7686                         PMAP_LOCK(pmap);
7687                         rw_wlock(lock);
7688                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7689                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7690                                 goto retry;
7691                         }
7692                 }
7693                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7694                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7695                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7696                 va = pv->pv_va;
7697                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7698                 oldpde = *pde;
7699                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7700                         /*
7701                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7702                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7703                          * we only update the 4KB page under test.
7704                          */
7705                         vm_page_dirty(m);
7706                 }
7707                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7708                         /*
7709                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7710                          * pages, it should not be cleared every time it is
7711                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7712                          * physical page number, the virtual superpage number,
7713                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7714                          * the 512 on which testing the reference bit will
7715                          * result in clearing that reference bit.  This
7716                          * function is designed to avoid the selection of the
7717                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7718                          *
7719                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7720                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7721                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7722                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7723                          * since the superpage is wired, the current state of
7724                          * its reference bit won't affect page replacement.
7725                          */
7726                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7727                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7728                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7729                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7730                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7731                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7732                                         demoted = FALSE;
7733                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7734                                     pv->pv_va, &lock)) {
7735                                         /*
7736                                          * Remove the mapping to a single page
7737                                          * so that a subsequent access may
7738                                          * repromote.  Since the underlying
7739                                          * page table page is fully populated,
7740                                          * this removal never frees a page
7741                                          * table page.
7742                                          */
7743                                         demoted = TRUE;
7744                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7745                                             PG_PS_FRAME);
7746                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7747                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7748                                             NULL, &lock);
7749                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7750                                 } else
7751                                         demoted = TRUE;
7752
7753                                 if (demoted) {
7754                                         /*
7755                                          * The superpage mapping was removed
7756                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7757                                          * longer valid.
7758                                          */
7759                                         if (pvf == pv)
7760                                                 pvf = NULL;
7761                                         pv = NULL;
7762                                 }
7763                                 cleared++;
7764                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7765                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7766                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7767                         } else
7768                                 not_cleared++;
7769                 }
7770                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7771                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7772                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7773                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7774                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7775                         pvh->pv_gen++;
7776                 }
7777                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7778                         goto out;
7779         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7780 small_mappings:
7781         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7782                 goto out;
7783         pv = pvf;
7784         do {
7785                 if (pvf == NULL)
7786                         pvf = pv;
7787                 pmap = PV_PMAP(pv);
7788                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7789                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7790                         md_gen = m->md.pv_gen;
7791                         rw_wunlock(lock);
7792                         PMAP_LOCK(pmap);
7793                         rw_wlock(lock);
7794                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7795                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7796                                 goto retry;
7797                         }
7798                 }
7799                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7800                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7801                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7802                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7803                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7804                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7805                     m));
7806                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7807                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7808                         vm_page_dirty(m);
7809                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7810                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7811                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7812                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7813                                 cleared++;
7814                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7815                                 /*
7816                                  * Wired pages cannot be paged out so
7817                                  * doing accessed bit emulation for
7818                                  * them is wasted effort. We do the
7819                                  * hard work for unwired pages only.
7820                                  */
7821                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7822                                     *pde, &free, &lock);
7823                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7824                                 cleared++;
7825                                 if (pvf == pv)
7826                                         pvf = NULL;
7827                                 pv = NULL;
7828                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7829                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7830                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7831                         } else
7832                                 not_cleared++;
7833                 }
7834                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7835                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7836                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7837                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7838                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7839                         m->md.pv_gen++;
7840                 }
7841         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7842             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7843 out:
7844         rw_wunlock(lock);
7845         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7846         return (cleared + not_cleared);
7847 }
7848
7849 /*
7850  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7851  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7852  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7853  */
7854 void
7855 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7856 {
7857         struct rwlock *lock;
7858         pml4_entry_t *pml4e;
7859         pdp_entry_t *pdpe;
7860         pd_entry_t oldpde, *pde;
7861         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7862         vm_offset_t va, va_next;
7863         vm_page_t m;
7864         bool anychanged;
7865
7866         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7867                 return;
7868
7869         /*
7870          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7871          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7872          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7873          * A/D bit emulation.
7874          */
7875         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7876                 return;
7877
7878         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7879         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7880         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7881         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7882         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7883         anychanged = false;
7884         pmap_delayed_invl_start();
7885         PMAP_LOCK(pmap);
7886         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7887                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7888                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7889                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7890                         if (va_next < sva)
7891                                 va_next = eva;
7892                         continue;
7893                 }
7894                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7895                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7896                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7897                         if (va_next < sva)
7898                                 va_next = eva;
7899                         continue;
7900                 }
7901                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7902                 if (va_next < sva)
7903                         va_next = eva;
7904                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7905                 oldpde = *pde;
7906                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7907                         continue;
7908                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7909                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7910                                 continue;
7911                         lock = NULL;
7912                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7913                                 if (lock != NULL)
7914                                         rw_wunlock(lock);
7915
7916                                 /*
7917                                  * The large page mapping was destroyed.
7918                                  */
7919                                 continue;
7920                         }
7921
7922                         /*
7923                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7924                          * mapping to a single page so that a subsequent
7925                          * access may repromote.  Choosing the last page
7926                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7927                          * generally results in more repromotions.  Since the
7928                          * underlying page table page is fully populated, this
7929                          * removal never frees a page table page.
7930                          */
7931                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7932                                 va = eva;
7933                                 if (va > va_next)
7934                                         va = va_next;
7935                                 va -= PAGE_SIZE;
7936                                 KASSERT(va >= sva,
7937                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7938                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7939                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7940                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7941                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7942                                     &lock);
7943                                 anychanged = true;
7944                         }
7945                         if (lock != NULL)
7946                                 rw_wunlock(lock);
7947                 }
7948                 if (va_next > eva)
7949                         va_next = eva;
7950                 va = va_next;
7951                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7952                     sva += PAGE_SIZE) {
7953                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7954                                 goto maybe_invlrng;
7955                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7956                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7957                                         /*
7958                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7959                                          * can be avoided by making the page
7960                                          * dirty now.
7961                                          */
7962                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7963                                         vm_page_dirty(m);
7964                                 }
7965                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7966                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7967                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7968                         else
7969                                 goto maybe_invlrng;
7970
7971                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7972                                 if (va == va_next)
7973                                         va = sva;
7974                         } else
7975                                 anychanged = true;
7976                         continue;
7977 maybe_invlrng:
7978                         if (va != va_next) {
7979                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7980                                 va = va_next;
7981                         }
7982                 }
7983                 if (va != va_next)
7984                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7985         }
7986         if (anychanged)
7987                 pmap_invalidate_all(pmap);
7988         PMAP_UNLOCK(pmap);
7989         pmap_delayed_invl_finish();
7990 }
7991
7992 /*
7993  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
7994  */
7995 void
7996 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
7997 {
7998         struct md_page *pvh;
7999         pmap_t pmap;
8000         pv_entry_t next_pv, pv;
8001         pd_entry_t oldpde, *pde;
8002         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8003         struct rwlock *lock;
8004         vm_offset_t va;
8005         int md_gen, pvh_gen;
8006
8007         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8008             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8009         vm_page_assert_busied(m);
8010
8011         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8012                 return;
8013         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8014             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8015         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8016         rw_wlock(lock);
8017 restart:
8018         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8019                 pmap = PV_PMAP(pv);
8020                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8021                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8022                         rw_wunlock(lock);
8023                         PMAP_LOCK(pmap);
8024                         rw_wlock(lock);
8025                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8026                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8027                                 goto restart;
8028                         }
8029                 }
8030                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8031                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8032                 va = pv->pv_va;
8033                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8034                 oldpde = *pde;
8035                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8036                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8037                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8038                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8039                         /*
8040                          * Write protect the mapping to a single page so that
8041                          * a subsequent write access may repromote.
8042                          */
8043                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8044                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8045                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8046                         vm_page_dirty(m);
8047                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8048                 }
8049                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8050         }
8051         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8052                 pmap = PV_PMAP(pv);
8053                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8054                         md_gen = m->md.pv_gen;
8055                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8056                         rw_wunlock(lock);
8057                         PMAP_LOCK(pmap);
8058                         rw_wlock(lock);
8059                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8060                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8061                                 goto restart;
8062                         }
8063                 }
8064                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8065                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8066                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8067                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8068                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8069                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8070                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8071                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8072                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8073                 }
8074                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8075         }
8076         rw_wunlock(lock);
8077 }
8078
8079 /*
8080  * Miscellaneous support routines follow
8081  */
8082
8083 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8084 static __inline void
8085 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8086 {
8087         u_long opte, npte;
8088
8089         opte = *(u_long *)pte;
8090         do {
8091                 npte = opte & ~mask;
8092                 npte |= bits;
8093         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8094             npte));
8095 }
8096
8097 /*
8098  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8099  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8100  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8101  * NOT real memory.
8102  */
8103 static void *
8104 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8105 {
8106         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8107         vm_offset_t va, offset;
8108         vm_size_t tmpsize;
8109         int i;
8110
8111         offset = pa & PAGE_MASK;
8112         size = round_page(offset + size);
8113         pa = trunc_page(pa);
8114
8115         if (!pmap_initialized) {
8116                 va = 0;
8117                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8118                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8119                         if (ppim->va == 0) {
8120                                 ppim->pa = pa;
8121                                 ppim->sz = size;
8122                                 ppim->mode = mode;
8123                                 ppim->va = virtual_avail;
8124                                 virtual_avail += size;
8125                                 va = ppim->va;
8126                                 break;
8127                         }
8128                 }
8129                 if (va == 0)
8130                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8131         } else {
8132                 /*
8133                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8134                  */
8135                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8136                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8137                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8138                             (ppim->mode == mode ||
8139                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8140                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8141                 }
8142                 /*
8143                  * If the specified range of physical addresses fits within
8144                  * the direct map window, use the direct map.
8145                  */
8146                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8147                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8148                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8149                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8150                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8151                                     PROT_NONE, mode, flags);
8152                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8153                         } else
8154                                 i = 0;
8155                         if (!i)
8156                                 return ((void *)(va + offset));
8157                 }
8158                 va = kva_alloc(size);
8159                 if (va == 0)
8160                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8161         }
8162         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8163                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8164         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8165         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8166                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8167         return ((void *)(va + offset));
8168 }
8169
8170 void *
8171 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8172 {
8173
8174         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8175             MAPDEV_SETATTR));
8176 }
8177
8178 void *
8179 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8180 {
8181
8182         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8183 }
8184
8185 void *
8186 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8187 {
8188
8189         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8190             MAPDEV_SETATTR));
8191 }
8192
8193 void *
8194 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8195 {
8196
8197         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8198             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8199 }
8200
8201 void
8202 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8203 {
8204         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8205         vm_offset_t offset;
8206         int i;
8207
8208         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8209         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8210                 return;
8211         offset = va & PAGE_MASK;
8212         size = round_page(offset + size);
8213         va = trunc_page(va);
8214         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8215                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8216                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8217                         if (pmap_initialized)
8218                                 return;
8219                         ppim->pa = 0;
8220                         ppim->va = 0;
8221                         ppim->sz = 0;
8222                         ppim->mode = 0;
8223                         if (va + size == virtual_avail)
8224                                 virtual_avail = va;
8225                         return;
8226                 }
8227         }
8228         if (pmap_initialized)
8229                 kva_free(va, size);
8230 }
8231
8232 /*
8233  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8234  */
8235 static boolean_t
8236 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8237 {
8238         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8239         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8240         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8241         vm_paddr_t pdpgpa;
8242         vm_page_t pdpg;
8243
8244         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8245         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8246         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8247         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8248
8249         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8250         oldpdpe = *pdpe;
8251         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8252             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8253         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8254             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8255                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8256                     " in pmap %p", va, pmap);
8257                 return (FALSE);
8258         }
8259         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8260         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8261         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8262         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8263             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8264         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8265             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8266         newpde = oldpdpe;
8267
8268         /*
8269          * Initialize the page directory page.
8270          */
8271         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8272                 *pde = newpde;
8273                 newpde += NBPDR;
8274         }
8275
8276         /*
8277          * Demote the mapping.
8278          */
8279         *pdpe = newpdpe;
8280
8281         /*
8282          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8283          */
8284         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8285
8286         pmap_pdpe_demotions++;
8287         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8288             " in pmap %p", va, pmap);
8289         return (TRUE);
8290 }
8291
8292 /*
8293  * Sets the memory attribute for the specified page.
8294  */
8295 void
8296 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8297 {
8298
8299         m->md.pat_mode = ma;
8300
8301         /*
8302          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8303          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8304          * required for data coherence.
8305          */
8306         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8307             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8308             m->md.pat_mode))
8309                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8310 }
8311
8312 /*
8313  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8314  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8315  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8316  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8317  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8318  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8319  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8320  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8321  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8322  * same physical page have different memory types.
8323  *
8324  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8325  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8326  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8327  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8328  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8329  * virtual address range or the direct map.
8330  */
8331 int
8332 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8333 {
8334         int error;
8335
8336         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8337         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8338             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8339         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8340         return (error);
8341 }
8342
8343 /*
8344  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8345  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8346  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8347  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8348  * map are never executable.
8349  */
8350 int
8351 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8352 {
8353         int error;
8354
8355         /* Only supported within the kernel map. */
8356         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8357                 return (EINVAL);
8358
8359         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8360         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8361             MAPDEV_ASSERTVALID);
8362         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8363         return (error);
8364 }
8365
8366 static int
8367 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8368     int mode, int flags)
8369 {
8370         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8371         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8372         pdp_entry_t *pdpe;
8373         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8374         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8375         int error;
8376         bool changed;
8377
8378         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8379         base = trunc_page(va);
8380         offset = va & PAGE_MASK;
8381         size = round_page(offset + size);
8382
8383         /*
8384          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8385          * map but excluding the recursive map.
8386          */
8387         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8388                 return (EINVAL);
8389
8390         /*
8391          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8392          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8393          *
8394          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8395          */
8396         pde_bits = pte_bits = 0;
8397         pde_mask = pte_mask = 0;
8398         if (mode != -1) {
8399                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8400                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8401                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8402                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8403         }
8404         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8405                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8406                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8407                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8408                 }
8409                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8410                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8411                         pde_bits |= pg_nx;
8412                         pte_bits |= pg_nx;
8413                 }
8414                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8415                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8416         }
8417
8418         /*
8419          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8420          * into 4KB pages if required.
8421          */
8422         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8423                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8424                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8425                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8426                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8427                         return (EINVAL);
8428                 }
8429                 if (*pdpe & PG_PS) {
8430                         /*
8431                          * If the current 1GB page already has the required
8432                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8433                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8434                          */
8435                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8436                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8437                                 continue;
8438                         }
8439
8440                         /*
8441                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8442                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8443                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8444                          */
8445                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8446                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8447                                 tmpva += NBPDP;
8448                                 continue;
8449                         }
8450                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8451                                 return (ENOMEM);
8452                 }
8453                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8454                 if (*pde == 0) {
8455                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8456                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8457                         return (EINVAL);
8458                 }
8459                 if (*pde & PG_PS) {
8460                         /*
8461                          * If the current 2MB page already has the required
8462                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8463                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8464                          */
8465                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8466                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8467                                 continue;
8468                         }
8469
8470                         /*
8471                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8472                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8473                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8474                          */
8475                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8476                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8477                                 tmpva += NBPDR;
8478                                 continue;
8479                         }
8480                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8481                                 return (ENOMEM);
8482                 }
8483                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8484                 if (*pte == 0) {
8485                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8486                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8487                         return (EINVAL);
8488                 }
8489                 tmpva += PAGE_SIZE;
8490         }
8491         error = 0;
8492
8493         /*
8494          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8495          * properties if required.
8496          */
8497         changed = false;
8498         pa_start = pa_end = 0;
8499         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8500                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8501                 if (*pdpe & PG_PS) {
8502                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8503                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8504                                 changed = true;
8505                         }
8506                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8507                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8508                                 if (pa_start == pa_end) {
8509                                         /* Start physical address run. */
8510                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8511                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8512                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8513                                         pa_end += NBPDP;
8514                                 else {
8515                                         /* Run ended, update direct map. */
8516                                         error = pmap_change_props_locked(
8517                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8518                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8519                                             flags);
8520                                         if (error != 0)
8521                                                 break;
8522                                         /* Start physical address run. */
8523                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8524                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8525                                 }
8526                         }
8527                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8528                         continue;
8529                 }
8530                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8531                 if (*pde & PG_PS) {
8532                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8533                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8534                                 changed = true;
8535                         }
8536                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8537                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8538                                 if (pa_start == pa_end) {
8539                                         /* Start physical address run. */
8540                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8541                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8542                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8543                                         pa_end += NBPDR;
8544                                 else {
8545                                         /* Run ended, update direct map. */
8546                                         error = pmap_change_props_locked(
8547                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8548                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8549                                             flags);
8550                                         if (error != 0)
8551                                                 break;
8552                                         /* Start physical address run. */
8553                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8554                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8555                                 }
8556                         }
8557                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8558                 } else {
8559                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8560                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8561                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8562                                 changed = true;
8563                         }
8564                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8565                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8566                                 if (pa_start == pa_end) {
8567                                         /* Start physical address run. */
8568                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8569                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8570                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8571                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8572                                 else {
8573                                         /* Run ended, update direct map. */
8574                                         error = pmap_change_props_locked(
8575                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8576                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8577                                             flags);
8578                                         if (error != 0)
8579                                                 break;
8580                                         /* Start physical address run. */
8581                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8582                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8583                                 }
8584                         }
8585                         tmpva += PAGE_SIZE;
8586                 }
8587         }
8588         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8589                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8590                 if (pa_start != pa_end1)
8591                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8592                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8593         }
8594
8595         /*
8596          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8597          * shouldn't be, etc.
8598          */
8599         if (changed) {
8600                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8601                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8602                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8603         }
8604         return (error);
8605 }
8606
8607 /*
8608  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8609  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8610  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8611  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8612  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8613  */
8614 void
8615 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8616 {
8617         pdp_entry_t *pdpe;
8618         pd_entry_t *pde;
8619         vm_offset_t va;
8620         boolean_t changed;
8621
8622         if (len == 0)
8623                 return;
8624         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8625         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8626             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8627         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8628                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8629                 changed = FALSE;
8630                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8631                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8632                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8633                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8634                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8635                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8636                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8637                         changed = TRUE;
8638                 }
8639                 if (len < NBPDR) {
8640                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8641                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8642                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8643                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8644                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8645                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8646                                 changed = TRUE;
8647                         }
8648                 }
8649                 if (changed && invalidate)
8650                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8651                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8652         }
8653 }
8654
8655 /*
8656  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8657  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8658  * find other mappings.
8659  */
8660 int
8661 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8662 {
8663         pd_entry_t *pdep;
8664         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8665         vm_paddr_t pa;
8666         int val;
8667
8668         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8669         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8670         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8671         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8672
8673         PMAP_LOCK(pmap);
8674         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8675         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8676                 if (*pdep & PG_PS) {
8677                         pte = *pdep;
8678                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8679                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8680                             PG_FRAME;
8681                         val = MINCORE_SUPER;
8682                 } else {
8683                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8684                         pa = pte & PG_FRAME;
8685                         val = 0;
8686                 }
8687         } else {
8688                 pte = 0;
8689                 pa = 0;
8690                 val = 0;
8691         }
8692         if ((pte & PG_V) != 0) {
8693                 val |= MINCORE_INCORE;
8694                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8695                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8696                 if ((pte & PG_A) != 0)
8697                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8698         }
8699         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8700             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8701             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8702                 *pap = pa;
8703         }
8704         PMAP_UNLOCK(pmap);
8705         return (val);
8706 }
8707
8708 static uint64_t
8709 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8710 {
8711         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8712
8713         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8714         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8715         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8716                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8717         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8718                 return (CR3_PCID_SAVE);
8719         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8720         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8721             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8722             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8723         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8724             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8725                 new_gen = gen + 1;
8726                 if (new_gen == 0)
8727                         new_gen = 1;
8728                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8729                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8730         } else {
8731                 new_gen = gen;
8732         }
8733         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8734         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8735         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8736         return (0);
8737 }
8738
8739 static uint64_t
8740 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8741 {
8742         uint64_t cached;
8743
8744         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8745         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8746             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8747             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8748         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8749             pmap == kernel_pmap,
8750             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8751             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8752         return (cached);
8753 }
8754
8755 static void
8756 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8757 {
8758
8759         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8760             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8761 }
8762
8763 static void inline
8764 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8765 {
8766         struct invpcid_descr d;
8767         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8768
8769         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8770         cr3 = rcr3();
8771         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8772                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8773         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8774         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8775         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8776             PMAP_PCID_USER_PT;
8777
8778         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8779                 /*
8780                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8781                  * user page table.  They are not automatically
8782                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8783                  * pointer above.
8784                  *
8785                  * Note that the if() condition is resolved statically
8786                  * by using the function argument instead of
8787                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8788                  */
8789                 if (invpcid_works1) {
8790                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8791                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8792                         d.pad = 0;
8793                         d.addr = 0;
8794                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8795                 } else {
8796                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8797                 }
8798         }
8799
8800         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8801         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8802         if (cached)
8803                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8804 }
8805
8806 static void
8807 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8808 {
8809
8810         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8811         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8812 }
8813
8814 static void
8815 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8816     u_int cpuid)
8817 {
8818         register_t rflags;
8819
8820         /*
8821          * If the INVPCID instruction is not available,
8822          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8823          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8824          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8825          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8826          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8827          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8828          * which leaves stale TLB entries.
8829          *
8830          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8831          * the context switch, is immune to this race, because
8832          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8833          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8834          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8835          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8836          */
8837         rflags = intr_disable();
8838         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8839         intr_restore(rflags);
8840         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8841 }
8842
8843 static void
8844 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8845     u_int cpuid)
8846 {
8847         uint64_t cached, cr3;
8848
8849         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8850         cr3 = rcr3();
8851         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8852                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8853                     cached);
8854         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8855         if (cached)
8856                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8857 }
8858
8859 static void
8860 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8861     u_int cpuid)
8862 {
8863         register_t rflags;
8864
8865         rflags = intr_disable();
8866         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8867         intr_restore(rflags);
8868 }
8869
8870 static void
8871 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8872     u_int cpuid __unused)
8873 {
8874
8875         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8876         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8877 }
8878
8879 static void
8880 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8881     u_int cpuid __unused)
8882 {
8883
8884         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8885         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8886         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8887         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8888 }
8889
8890 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8891     u_int))
8892 {
8893
8894         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8895                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8896         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8897                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8898         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8899                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8900         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8901                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8902         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8903                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8904         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8905                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8906 }
8907
8908 void
8909 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8910 {
8911         pmap_t oldpmap, pmap;
8912         u_int cpuid;
8913
8914         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8915         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8916         if (oldpmap == pmap) {
8917                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8918                         mfence();
8919                 return;
8920         }
8921         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8922 #ifdef SMP
8923         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8924 #else
8925         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8926 #endif
8927         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8928 #ifdef SMP
8929         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8930 #else
8931         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8932 #endif
8933 }
8934
8935 void
8936 pmap_activate(struct thread *td)
8937 {
8938
8939         critical_enter();
8940         pmap_activate_sw(td);
8941         critical_exit();
8942 }
8943
8944 void
8945 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8946 {
8947         uint64_t kcr3;
8948         u_int cpuid;
8949
8950         /*
8951          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8952          * by never activating it at all.
8953          */
8954         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8955
8956         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8957 #ifdef SMP
8958         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8959 #else
8960         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8961 #endif
8962         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8963         if (pti) {
8964                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8965                 if (pmap_pcid_enabled)
8966                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8967         } else {
8968                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8969         }
8970         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8971         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8972 }
8973
8974 void
8975 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8976 {
8977 }
8978
8979 /*
8980  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8981  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8982  */
8983 void
8984 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8985     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8986 {
8987         vm_offset_t superpage_offset;
8988
8989         if (size < NBPDR)
8990                 return;
8991         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
8992                 offset += ptoa(object->pg_color);
8993         superpage_offset = offset & PDRMASK;
8994         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
8995             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
8996                 return;
8997         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
8998                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
8999         else
9000                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9001 }
9002
9003 #ifdef INVARIANTS
9004 static unsigned long num_dirty_emulations;
9005 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9006              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9007
9008 static unsigned long num_accessed_emulations;
9009 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9010              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9011
9012 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9013 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9014              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9015
9016 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9017 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9018              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9019 #endif  /* INVARIANTS */
9020
9021 int
9022 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9023 {
9024         int rv;
9025         struct rwlock *lock;
9026 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9027         vm_page_t m, mpte;
9028 #endif
9029         pd_entry_t *pde;
9030         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9031
9032         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9033             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9034
9035         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9036                 return (-1);
9037
9038         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9039         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9040         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9041         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9042
9043         rv = -1;
9044         lock = NULL;
9045         PMAP_LOCK(pmap);
9046
9047         pde = pmap_pde(pmap, va);
9048         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9049                 goto done;
9050
9051         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9052                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9053 #ifdef INVARIANTS
9054                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9055 #endif
9056                         *pde |= PG_A;
9057                         rv = 0;
9058                 }
9059                 goto done;
9060         }
9061
9062         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9063         if ((*pte & PG_V) == 0)
9064                 goto done;
9065
9066         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9067                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9068                         goto done;
9069                 /*
9070                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9071                  *
9072                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9073                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9074                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9075                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9076                  * and PG_M simultaneously.
9077                  */
9078                 *pte |= PG_M | PG_A;
9079         } else {
9080                 *pte |= PG_A;
9081         }
9082
9083 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9084         /* try to promote the mapping */
9085         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9086                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9087         else
9088                 mpte = NULL;
9089
9090         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9091
9092         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9093             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9094             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9095             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9096                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9097 #ifdef INVARIANTS
9098                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9099 #endif
9100         }
9101 #endif
9102
9103 #ifdef INVARIANTS
9104         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9105                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9106         else
9107                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9108 #endif
9109         rv = 0;         /* success */
9110 done:
9111         if (lock != NULL)
9112                 rw_wunlock(lock);
9113         PMAP_UNLOCK(pmap);
9114         return (rv);
9115 }
9116
9117 void
9118 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9119 {
9120         pml4_entry_t *pml4;
9121         pdp_entry_t *pdp;
9122         pd_entry_t *pde;
9123         pt_entry_t *pte, PG_V;
9124         int idx;
9125
9126         idx = 0;
9127         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9128         PMAP_LOCK(pmap);
9129
9130         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9131         ptr[idx++] = *pml4;
9132         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9133                 goto done;
9134
9135         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9136         ptr[idx++] = *pdp;
9137         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9138                 goto done;
9139
9140         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9141         ptr[idx++] = *pde;
9142         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9143                 goto done;
9144
9145         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9146         ptr[idx++] = *pte;
9147
9148 done:
9149         PMAP_UNLOCK(pmap);
9150         *num = idx;
9151 }
9152
9153 /**
9154  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9155  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9156  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9157  *
9158  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9159  *                    address on the kernel memory map.
9160  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9161  *                    of the pages passed in the page parameter.
9162  * \param count       Number of pages passed in.
9163  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9164  *                    page faults, FALSE otherwise.
9165  *
9166  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9167  *          finished or FALSE otherwise.
9168  *
9169  */
9170 boolean_t
9171 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9172     boolean_t can_fault)
9173 {
9174         vm_paddr_t paddr;
9175         boolean_t needs_mapping;
9176         pt_entry_t *pte;
9177         int cache_bits, error __unused, i;
9178
9179         /*
9180          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9181          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9182          */
9183         needs_mapping = FALSE;
9184         for (i = 0; i < count; i++) {
9185                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9186                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9187                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9188                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9189                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9190                         needs_mapping = TRUE;
9191                 } else {
9192                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9193                 }
9194         }
9195
9196         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9197         if (!needs_mapping)
9198                 return (FALSE);
9199
9200         /*
9201          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9202          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9203          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9204          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9205          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9206          * after modifying the PTE bits is crucial.
9207          */
9208         if (!can_fault)
9209                 sched_pin();
9210         for (i = 0; i < count; i++) {
9211                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9212                 if (paddr >= dmaplimit) {
9213                         if (can_fault) {
9214                                 /*
9215                                  * Slow path, since we can get page faults
9216                                  * while mappings are active don't pin the
9217                                  * thread to the CPU and instead add a global
9218                                  * mapping visible to all CPUs.
9219                                  */
9220                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9221                         } else {
9222                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9223                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9224                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9225                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9226                                     cache_bits);
9227                                 invlpg(vaddr[i]);
9228                         }
9229                 }
9230         }
9231
9232         return (needs_mapping);
9233 }
9234
9235 void
9236 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9237     boolean_t can_fault)
9238 {
9239         vm_paddr_t paddr;
9240         int i;
9241
9242         if (!can_fault)
9243                 sched_unpin();
9244         for (i = 0; i < count; i++) {
9245                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9246                 if (paddr >= dmaplimit) {
9247                         if (can_fault)
9248                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9249                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9250                 }
9251         }
9252 }
9253
9254 vm_offset_t
9255 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9256 {
9257         vm_paddr_t paddr;
9258
9259         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9260         if (paddr < dmaplimit)
9261                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9262         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9263         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9264         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9265             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9266         return (qframe);
9267 }
9268
9269 void
9270 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9271 {
9272
9273         if (addr != qframe)
9274                 return;
9275         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9276         invlpg(qframe);
9277         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9278 }
9279
9280 /*
9281  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9282  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9283  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9284  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9285  * each allocated pmap.
9286  *
9287  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9288  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9289  * represents the number of valid entries within the page.
9290  */
9291 static vm_page_t
9292 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9293 {
9294         vm_page_t m;
9295
9296         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9297             VM_ALLOC_ZERO);
9298         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9299                 pmap_zero_page(m);
9300         return (m);
9301 }
9302
9303 static vm_page_t
9304 pmap_large_map_getptp(void)
9305 {
9306         vm_page_t m;
9307
9308         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9309         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9310         if (m == NULL) {
9311                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9312                 vm_wait(NULL);
9313                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9314                 /* Callers retry. */
9315         }
9316         return (m);
9317 }
9318
9319 static pdp_entry_t *
9320 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9321 {
9322         vm_pindex_t pml4_idx;
9323         vm_paddr_t mphys;
9324
9325         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9326         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9327             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9328             "%#jx lm_ents %d",
9329             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9330         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9331             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9332             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9333             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9334         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9335         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9336 }
9337
9338 static pd_entry_t *
9339 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9340 {
9341         pdp_entry_t *pdpe;
9342         vm_page_t m;
9343         vm_paddr_t mphys;
9344
9345 retry:
9346         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9347         if (*pdpe == 0) {
9348                 m = pmap_large_map_getptp();
9349                 if (m == NULL)
9350                         goto retry;
9351                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9352                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9353         } else {
9354                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9355                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9356         }
9357         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9358 }
9359
9360 static pt_entry_t *
9361 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9362 {
9363         pd_entry_t *pde;
9364         vm_page_t m;
9365         vm_paddr_t mphys;
9366
9367 retry:
9368         pde = pmap_large_map_pde(va);
9369         if (*pde == 0) {
9370                 m = pmap_large_map_getptp();
9371                 if (m == NULL)
9372                         goto retry;
9373                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9374                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9375                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9376         } else {
9377                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9378                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9379         }
9380         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9381 }
9382
9383 static vm_paddr_t
9384 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9385 {
9386         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9387         pd_entry_t *pde, pd;
9388         pt_entry_t *pte, pt;
9389
9390         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9391             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9392         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9393         pdp = *pdpe;
9394         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9395             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9396             (u_long)pdpe, pdp));
9397         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9398                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9399                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9400                     (u_long)pdpe, pdp));
9401                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9402         }
9403         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9404         pd = *pde;
9405         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9406             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9407         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9408                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9409         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9410         pt = *pte;
9411         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9412             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9413         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9414 }
9415
9416 static int
9417 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9418     vmem_addr_t *vmem_res)
9419 {
9420
9421         /*
9422          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9423          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9424          * freed.
9425          */
9426         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9427             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9428 }
9429
9430 int
9431 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9432     vm_memattr_t mattr)
9433 {
9434         pdp_entry_t *pdpe;
9435         pd_entry_t *pde;
9436         pt_entry_t *pte;
9437         vm_offset_t va, inc;
9438         vmem_addr_t vmem_res;
9439         vm_paddr_t pa;
9440         int error;
9441
9442         if (len == 0 || spa + len < spa)
9443                 return (EINVAL);
9444
9445         /* See if DMAP can serve. */
9446         if (spa + len <= dmaplimit) {
9447                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9448                 *addr = (void *)va;
9449                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9450         }
9451
9452         /*
9453          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9454          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9455          * failed.
9456          */
9457         error = ENOMEM;
9458         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9459             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9460                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9461                     &vmem_res);
9462         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9463             NBPDR) + NBPDR)
9464                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9465                     &vmem_res);
9466         if (error != 0)
9467                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9468         if (error != 0)
9469                 return (error);
9470
9471         /*
9472          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9473          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9474          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9475          */
9476         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9477         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9478             len -= inc) {
9479                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9480                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9481                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9482                         MPASS(*pdpe == 0);
9483                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9484                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9485                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9486                         inc = NBPDP;
9487                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9488                     (va & PDRMASK) == 0) {
9489                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9490                         MPASS(*pde == 0);
9491                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9492                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9493                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9494                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9495                             ref_count++;
9496                         inc = NBPDR;
9497                 } else {
9498                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9499                         MPASS(*pte == 0);
9500                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9501                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9502                             mattr, FALSE);
9503                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9504                             ref_count++;
9505                         inc = PAGE_SIZE;
9506                 }
9507         }
9508         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9509         MPASS(len == 0);
9510
9511         *addr = (void *)vmem_res;
9512         return (0);
9513 }
9514
9515 void
9516 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9517 {
9518         vm_offset_t sva, va;
9519         vm_size_t inc;
9520         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9521         pd_entry_t *pde, pd;
9522         pt_entry_t *pte;
9523         vm_page_t m;
9524         struct spglist spgf;
9525
9526         sva = (vm_offset_t)svaa;
9527         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9528             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9529                 return;
9530
9531         SLIST_INIT(&spgf);
9532         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9533             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9534             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9535         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9536         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9537                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9538                 pdp = *pdpe;
9539                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9540                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9541                     (u_long)pdpe, pdp));
9542                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9543                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9544                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9545                             (u_long)pdpe, pdp));
9546                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9547                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9548                             (u_long)pdpe, pdp));
9549                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9550                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9551                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9552                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9553                         *pdpe = 0;
9554                         inc = NBPDP;
9555                         continue;
9556                 }
9557                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9558                 pd = *pde;
9559                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9560                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9561                     (u_long)pde, pd));
9562                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9563                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9564                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9565                             (u_long)pde, pd));
9566                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9567                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9568                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9569                             pd, len));
9570                         pde_store(pde, 0);
9571                         inc = NBPDR;
9572                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9573                         m->ref_count--;
9574                         if (m->ref_count == 0) {
9575                                 *pdpe = 0;
9576                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9577                         }
9578                         continue;
9579                 }
9580                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9581                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9582                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9583                     (u_long)pte, *pte));
9584                 pte_clear(pte);
9585                 inc = PAGE_SIZE;
9586                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9587                 m->ref_count--;
9588                 if (m->ref_count == 0) {
9589                         *pde = 0;
9590                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9591                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9592                         m->ref_count--;
9593                         if (m->ref_count == 0) {
9594                                 *pdpe = 0;
9595                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9596                         }
9597                 }
9598         }
9599         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9600         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9601         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9602         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9603 }
9604
9605 static void
9606 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9607 {
9608
9609         mfence();
9610 }
9611
9612 static void
9613 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9614 {
9615
9616         atomic_thread_fence_seq_cst();
9617 }
9618
9619 static void
9620 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9621 {
9622 }
9623
9624 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9625 {
9626
9627         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9628                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9629         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9630             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9631                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9632         else
9633                 /* clflush is strongly enough ordered */
9634                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9635 }
9636
9637 static void
9638 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9639 {
9640
9641         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9642             va += cpu_clflush_line_size)
9643                 clwb(va);
9644 }
9645
9646 static void
9647 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9648 {
9649
9650         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9651             va += cpu_clflush_line_size)
9652                 clflushopt(va);
9653 }
9654
9655 static void
9656 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9657 {
9658
9659         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9660             va += cpu_clflush_line_size)
9661                 clflush(va);
9662 }
9663
9664 static void
9665 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9666 {
9667 }
9668
9669 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9670 {
9671
9672         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9673                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9674         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9675                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9676         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9677                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9678         else
9679                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9680 }
9681
9682 static void
9683 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9684 {
9685         volatile u_long *pe;
9686         u_long p;
9687         vm_offset_t va;
9688         vm_size_t inc;
9689         bool seen_other;
9690
9691         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9692                 inc = 0;
9693                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9694                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9695                         p = *pe;
9696                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9697                                 inc = NBPDP;
9698                 }
9699                 if (inc == 0) {
9700                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9701                         p = *pe;
9702                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9703                                 inc = NBPDR;
9704                 }
9705                 if (inc == 0) {
9706                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9707                         p = *pe;
9708                         inc = PAGE_SIZE;
9709                 }
9710                 seen_other = false;
9711                 for (;;) {
9712                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9713                                 /*
9714                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9715                                  * write-back.
9716                                  */
9717                                 cpu_spinwait();
9718                                 p = *pe;
9719
9720                                 /*
9721                                  * If we saw other write-back
9722                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9723                                  * indicate state of the cache.  The
9724                                  * PG_M bit is cleared before the
9725                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9726                                  * and writes which are relevant for
9727                                  * us might happen after.
9728                                  */
9729                                 seen_other = true;
9730                                 continue;
9731                         }
9732
9733                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9734                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9735                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9736                                         /*
9737                                          * If we saw PG_M without
9738                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9739                                          * next attempt we do not
9740                                          * observe either PG_M or
9741                                          * PG_AVAIL1, the other
9742                                          * write-back started after us
9743                                          * and finished before us.  We
9744                                          * can rely on it doing our
9745                                          * work.
9746                                          */
9747                                         continue;
9748                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9749                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9750                         }
9751                         break;
9752                 }
9753                 maybe_yield();
9754         }
9755 }
9756
9757 /*
9758  * Write-back cache lines for the given address range.
9759  *
9760  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9761  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9762  *
9763  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9764  * instructions support.
9765  */
9766 void
9767 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9768 {
9769         vm_offset_t eva, sva;
9770
9771         sva = (vm_offset_t)svap;
9772         eva = sva + len;
9773         pmap_large_map_wb_fence();
9774         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9775                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9776         } else {
9777                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9778                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9779                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9780                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9781         }
9782         pmap_large_map_wb_fence();
9783 }
9784
9785 static vm_page_t
9786 pmap_pti_alloc_page(void)
9787 {
9788         vm_page_t m;
9789
9790         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9791         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9792             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9793         return (m);
9794 }
9795
9796 static bool
9797 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9798 {
9799
9800         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9801         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9802                 return (false);
9803         vm_page_free_zero(m);
9804         return (true);
9805 }
9806
9807 static void
9808 pmap_pti_init(void)
9809 {
9810         vm_page_t pml4_pg;
9811         pdp_entry_t *pdpe;
9812         vm_offset_t va;
9813         int i;
9814
9815         if (!pti)
9816                 return;
9817         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9818         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9819         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9820         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9821         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9822             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9823                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9824                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9825         }
9826         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9827             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9828         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9829             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9830         CPU_FOREACH(i) {
9831                 /* Doublefault stack IST 1 */
9832                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
9833                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9834                 /* NMI stack IST 2 */
9835                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9836                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9837                 /* MC# stack IST 3 */
9838                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
9839                     sizeof(struct nmi_pcpu);
9840                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9841                 /* DB# stack IST 4 */
9842                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9843                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9844         }
9845         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9846             (vm_offset_t)etext, true);
9847         pti_finalized = true;
9848         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9849 }
9850 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9851
9852 static pdp_entry_t *
9853 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9854 {
9855         pml4_entry_t *pml4e;
9856         pdp_entry_t *pdpe;
9857         vm_page_t m;
9858         vm_pindex_t pml4_idx;
9859         vm_paddr_t mphys;
9860
9861         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9862
9863         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9864         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9865         m = NULL;
9866         if (*pml4e == 0) {
9867                 if (pti_finalized)
9868                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9869                 m = pmap_pti_alloc_page();
9870                 if (*pml4e != 0) {
9871                         pmap_pti_free_page(m);
9872                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9873                 } else {
9874                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9875                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9876                 }
9877         } else {
9878                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9879         }
9880         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9881         return (pdpe);
9882 }
9883
9884 static void
9885 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9886 {
9887         vm_page_t m;
9888
9889         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9890         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9891         m->ref_count++;
9892 }
9893
9894 static void
9895 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9896 {
9897         vm_page_t m;
9898
9899         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9900         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9901         MPASS(m->ref_count > 0);
9902         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9903         pmap_pti_free_page(m);
9904 }
9905
9906 static void
9907 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9908 {
9909         vm_page_t m;
9910         pd_entry_t *pde;
9911
9912         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9913         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9914         MPASS(m->ref_count > 0);
9915         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9916                 pde = pmap_pti_pde(va);
9917                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9918                 *pde = 0;
9919                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9920         }
9921 }
9922
9923 static pd_entry_t *
9924 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9925 {
9926         pdp_entry_t *pdpe;
9927         pd_entry_t *pde;
9928         vm_page_t m;
9929         vm_pindex_t pd_idx;
9930         vm_paddr_t mphys;
9931
9932         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9933
9934         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9935         if (*pdpe == 0) {
9936                 m = pmap_pti_alloc_page();
9937                 if (*pdpe != 0) {
9938                         pmap_pti_free_page(m);
9939                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9940                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9941                 } else {
9942                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9943                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9944                 }
9945         } else {
9946                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9947                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9948         }
9949
9950         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9951         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9952         pde += pd_idx;
9953         return (pde);
9954 }
9955
9956 static pt_entry_t *
9957 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9958 {
9959         pd_entry_t *pde;
9960         pt_entry_t *pte;
9961         vm_page_t m;
9962         vm_paddr_t mphys;
9963
9964         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9965
9966         pde = pmap_pti_pde(va);
9967         if (unwire_pde != NULL) {
9968                 *unwire_pde = true;
9969                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9970         }
9971         if (*pde == 0) {
9972                 m = pmap_pti_alloc_page();
9973                 if (*pde != 0) {
9974                         pmap_pti_free_page(m);
9975                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9976                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9977                 } else {
9978                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9979                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9980                         if (unwire_pde != NULL)
9981                                 *unwire_pde = false;
9982                 }
9983         } else {
9984                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9985                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9986         }
9987
9988         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9989         pte += pmap_pte_index(va);
9990
9991         return (pte);
9992 }
9993
9994 static void
9995 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
9996 {
9997         vm_paddr_t pa;
9998         pd_entry_t *pde;
9999         pt_entry_t *pte, ptev;
10000         bool unwire_pde;
10001
10002         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10003
10004         sva = trunc_page(sva);
10005         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10006         eva = round_page(eva);
10007         MPASS(sva < eva);
10008         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10009                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10010                 pa = pmap_kextract(sva);
10011                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10012                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10013                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10014                 if (*pte == 0) {
10015                         pte_store(pte, ptev);
10016                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10017                 } else {
10018                         KASSERT(!pti_finalized,
10019                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10020                             sva, *pte, ptev));
10021                         KASSERT(*pte == ptev,
10022                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10023                             sva, *pte, ptev));
10024                 }
10025                 if (unwire_pde) {
10026                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10027                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10028                 }
10029         }
10030 }
10031
10032 void
10033 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10034 {
10035
10036         if (!pti)
10037                 return;
10038         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10039         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10040         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10041 }
10042
10043 void
10044 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10045 {
10046         pt_entry_t *pte;
10047         vm_offset_t va;
10048
10049         if (!pti)
10050                 return;
10051         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10052         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10053         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10054         MPASS(sva < eva);
10055         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10056         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10057                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10058                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10059                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10060                     (u_long)pte, *pte));
10061                 pte_clear(pte);
10062                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10063         }
10064         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10065         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10066 }
10067
10068 static void *
10069 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10070 {
10071         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10072
10073         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10074         if (new_node == NULL)
10075                 return (NULL);
10076         node = data;
10077         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10078         return (new_node);
10079 }
10080
10081 static void
10082 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10083 {
10084
10085         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10086 }
10087
10088 static int
10089 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10090     int flags)
10091 {
10092         struct pmap_pkru_range *ppr;
10093         int error;
10094
10095         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10096         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10097         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10098         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10099             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10100                 return (EBUSY);
10101         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10102         if (ppr == NULL)
10103                 return (ENOMEM);
10104         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10105         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10106         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10107         if (error != 0)
10108                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10109         return (error);
10110 }
10111
10112 static int
10113 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10114 {
10115
10116         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10117         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10118         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10119         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10120 }
10121
10122 static void
10123 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10124 {
10125
10126         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10127         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10128             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10129                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10130 }
10131
10132 static bool
10133 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10134 {
10135         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10136         vm_offset_t va;
10137
10138         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10139         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10140             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10141             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10142                 return (true);
10143         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10144         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10145                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10146                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10147                         return (false);
10148                 if (ppr == NULL) {
10149                         va += PAGE_SIZE;
10150                         continue;
10151                 }
10152                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10153                         return (false);
10154                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10155         }
10156         return (true);
10157 }
10158
10159 static pt_entry_t
10160 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10161 {
10162         struct pmap_pkru_range *ppr;
10163
10164         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10165         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10166             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10167             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10168                 return (0);
10169         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10170         if (ppr != NULL)
10171                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10172         return (0);
10173 }
10174
10175 static bool
10176 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10177 {
10178         struct pmap_pkru_range *ppr;
10179
10180         ppr = r;
10181         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10182 }
10183
10184 static void
10185 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10186 {
10187
10188         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10189         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10190             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10191                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10192                     pred_pkru_on_remove);
10193         }
10194 }
10195
10196 static int
10197 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10198 {
10199
10200         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10201         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10202         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10203         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10204         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10205         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10206                 return (0);
10207         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10208 }
10209
10210 static void
10211 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10212     u_int keyidx)
10213 {
10214         pml4_entry_t *pml4e;
10215         pdp_entry_t *pdpe;
10216         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10217         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10218         vm_offset_t va, va_next;
10219         bool changed;
10220
10221         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10222         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10223         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10224
10225         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10226                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10227                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10228                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10229                         if (va_next < va)
10230                                 va_next = eva;
10231                         continue;
10232                 }
10233
10234                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10235                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10236                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10237                         if (va_next < va)
10238                                 va_next = eva;
10239                         continue;
10240                 }
10241
10242                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10243                 if (va_next < va)
10244                         va_next = eva;
10245
10246                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10247                 ptpaddr = *pde;
10248                 if (ptpaddr == 0)
10249                         continue;
10250
10251                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10252                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10253                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10254                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10255                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10256                                 if (newpde != ptpaddr) {
10257                                         *pde = newpde;
10258                                         changed = true;
10259                                 }
10260                                 continue;
10261                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10262                                 continue;
10263                         }
10264                 }
10265
10266                 if (va_next > eva)
10267                         va_next = eva;
10268
10269                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10270                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10271                         pte = *ptep;
10272                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10273                                 continue;
10274                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10275                         if (newpte != pte) {
10276                                 *ptep = newpte;
10277                                 changed = true;
10278                         }
10279                 }
10280         }
10281         if (changed)
10282                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10283 }
10284
10285 static int
10286 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10287     u_int keyidx, int flags)
10288 {
10289
10290         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10291             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10292                 return (EINVAL);
10293         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10294                 return (EFAULT);
10295         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10296                 return (ENOTSUP);
10297         return (0);
10298 }
10299
10300 int
10301 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10302     int flags)
10303 {
10304         int error;
10305
10306         sva = trunc_page(sva);
10307         eva = round_page(eva);
10308         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10309         if (error != 0)
10310                 return (error);
10311         for (;;) {
10312                 PMAP_LOCK(pmap);
10313                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10314                 if (error == 0)
10315                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10316                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10317                 if (error != ENOMEM)
10318                         break;
10319                 vm_wait(NULL);
10320         }
10321         return (error);
10322 }
10323
10324 int
10325 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10326 {
10327         int error;
10328
10329         sva = trunc_page(sva);
10330         eva = round_page(eva);
10331         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10332         if (error != 0)
10333                 return (error);
10334         for (;;) {
10335                 PMAP_LOCK(pmap);
10336                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10337                 if (error == 0)
10338                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10339                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10340                 if (error != ENOMEM)
10341                         break;
10342                 vm_wait(NULL);
10343         }
10344         return (error);
10345 }
10346
10347 /*
10348  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10349  * in various mapping attributes.
10350  */
10351 struct pmap_kernel_map_range {
10352         vm_offset_t sva;
10353         pt_entry_t attrs;
10354         int ptes;
10355         int pdes;
10356         int pdpes;
10357 };
10358
10359 static void
10360 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10361     vm_offset_t eva)
10362 {
10363         const char *mode;
10364         int i, pat_idx;
10365
10366         if (eva <= range->sva)
10367                 return;
10368
10369         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10370         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10371                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10372                         break;
10373
10374         switch (i) {
10375         case PAT_WRITE_BACK:
10376                 mode = "WB";
10377                 break;
10378         case PAT_WRITE_THROUGH:
10379                 mode = "WT";
10380                 break;
10381         case PAT_UNCACHEABLE:
10382                 mode = "UC";
10383                 break;
10384         case PAT_UNCACHED:
10385                 mode = "U-";
10386                 break;
10387         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10388                 mode = "WP";
10389                 break;
10390         case PAT_WRITE_COMBINING:
10391                 mode = "WC";
10392                 break;
10393         default:
10394                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10395                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10396                 mode = "??";
10397                 break;
10398         }
10399
10400         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10401             range->sva, eva,
10402             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10403             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10404             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10405             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10406             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10407
10408         /* Reset to sentinel value. */
10409         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10410 }
10411
10412 /*
10413  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10414  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10415  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10416  */
10417 static bool
10418 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10419 {
10420         pt_entry_t diff, mask;
10421
10422         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10423         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10424         if (diff == 0)
10425                 return (true);
10426         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10427             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10428             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10429                 return (true);
10430         return (false);
10431 }
10432
10433 static void
10434 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10435     pt_entry_t attrs)
10436 {
10437
10438         memset(range, 0, sizeof(*range));
10439         range->sva = va;
10440         range->attrs = attrs;
10441 }
10442
10443 /*
10444  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10445  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10446  * begin a new run.
10447  */
10448 static void
10449 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10450     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10451     pt_entry_t pte)
10452 {
10453         pt_entry_t attrs;
10454
10455         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10456
10457         attrs |= pdpe & pg_nx;
10458         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10459         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10460                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10461         } else if (pde != 0) {
10462                 attrs |= pde & pg_nx;
10463                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10464         }
10465         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10466                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10467         } else if (pte != 0) {
10468                 attrs |= pte & pg_nx;
10469                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10470                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10471
10472                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10473                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10474                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10475         }
10476
10477         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10478                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10479                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10480         }
10481 }
10482
10483 static int
10484 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10485 {
10486         struct pmap_kernel_map_range range;
10487         struct sbuf sbuf, *sb;
10488         pml4_entry_t pml4e;
10489         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10490         pd_entry_t *pd, pde;
10491         pt_entry_t *pt, pte;
10492         vm_offset_t sva;
10493         vm_paddr_t pa;
10494         int error, i, j, k, l;
10495
10496         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10497         if (error != 0)
10498                 return (error);
10499         sb = &sbuf;
10500         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10501
10502         /* Sentinel value. */
10503         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10504
10505         /*
10506          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10507          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10508          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10509          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10510          * valid before descending.
10511          */
10512         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10513                 switch (i) {
10514                 case PML4PML4I:
10515                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10516                         break;
10517                 case DMPML4I:
10518                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10519                         break;
10520                 case KPML4BASE:
10521                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10522                         break;
10523                 case LMSPML4I:
10524                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10525                         break;
10526                 }
10527
10528                 /* Convert to canonical form. */
10529                 if (sva == 1ul << 47)
10530                         sva |= -1ul << 48;
10531
10532 restart:
10533                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10534                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10535                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10536                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10537                         sva += NBPML4;
10538                         continue;
10539                 }
10540                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10541                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10542
10543                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10544                         pdpe = pdp[j];
10545                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10546                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10547                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10548                                 sva += NBPDP;
10549                                 continue;
10550                         }
10551                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10552                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10553                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10554                                 goto restart;
10555                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10556                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10557                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10558                                     0, 0);
10559                                 range.pdpes++;
10560                                 sva += NBPDP;
10561                                 continue;
10562                         }
10563                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10564
10565                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10566                                 pde = pd[k];
10567                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10568                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10569                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10570                                         sva += NBPDR;
10571                                         continue;
10572                                 }
10573                                 pa = pde & PG_FRAME;
10574                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10575                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10576                                         goto restart;
10577                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10578                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10579                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10580                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10581                                         range.pdes++;
10582                                         sva += NBPDR;
10583                                         continue;
10584                                 }
10585                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10586
10587                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10588                                     sva += PAGE_SIZE) {
10589                                         pte = pt[l];
10590                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10591                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10592                                                     sva);
10593                                                 continue;
10594                                         }
10595                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10596                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10597                                         range.ptes++;
10598                                 }
10599                         }
10600                 }
10601         }
10602
10603         error = sbuf_finish(sb);
10604         sbuf_delete(sb);
10605         return (error);
10606 }
10607 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10608     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10609     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10610     "Dump kernel address layout");
10611
10612 #ifdef DDB
10613 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10614 {
10615         pmap_t pmap;
10616         pml4_entry_t *pml4;
10617         pdp_entry_t *pdp;
10618         pd_entry_t *pde;
10619         pt_entry_t *pte, PG_V;
10620         vm_offset_t va;
10621
10622         if (!have_addr) {
10623                 db_printf("show pte addr\n");
10624                 return;
10625         }
10626         va = (vm_offset_t)addr;
10627
10628         if (kdb_thread != NULL)
10629                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10630         else
10631                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10632
10633         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10634         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10635         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10636         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10637                 db_printf("\n");
10638                 return;
10639         }
10640         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10641         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10642         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10643                 db_printf("\n");
10644                 return;
10645         }
10646         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10647         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10648         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10649                 db_printf("\n");
10650                 return;
10651         }
10652         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10653         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10654 }
10655
10656 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10657 {
10658         vm_paddr_t a;
10659
10660         if (have_addr) {
10661                 a = (vm_paddr_t)addr;
10662                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10663         } else {
10664                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10665         }
10666 }
10667 #endif