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