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