]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Import PCG-C into sys/contrib
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #ifdef NUMA
327 #define pa_index(pa)    ({                                      \
328         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
329             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
330         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
331 })
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
344 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
345
346 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
347
348 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
349                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
350 #endif
351
352 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
353         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
354         struct rwlock *_new_lock;                       \
355                                                         \
356         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
357         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
358                 if (*_lockp != NULL)                    \
359                         rw_wunlock(*_lockp);            \
360                 *_lockp = _new_lock;                    \
361                 rw_wlock(*_lockp);                      \
362         }                                               \
363 } while (0)
364
365 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
366                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
367
368 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
369         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
370                                                         \
371         if (*_lockp != NULL) {                          \
372                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
373                 *_lockp = NULL;                         \
374         }                                               \
375 } while (0)
376
377 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
378                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
379
380 struct pmap kernel_pmap_store;
381
382 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
383 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
384
385 int nkpt;
386 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
387     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
388
389 static int ndmpdp;
390 vm_paddr_t dmaplimit;
391 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
392 pt_entry_t pg_nx;
393
394 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
395     "VM/pmap parameters");
396
397 static int pg_ps_enabled = 1;
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
399     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
400
401 #define PAT_INDEX_SIZE  8
402 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
403
404 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
405 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
406 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
407 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
408
409 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
410 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
411 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
412
413 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
414
415 /*
416  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
417  */
418 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
419 static struct pmap_preinit_mapping {
420         vm_paddr_t      pa;
421         vm_offset_t     va;
422         vm_size_t       sz;
423         int             mode;
424 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
425 static int pmap_initialized;
426
427 /*
428  * Data for the pv entry allocation mechanism.
429  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
430  */
431 #ifdef NUMA
432 static __inline int
433 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
434 {
435
436         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
437 }
438 #else
439 static __inline int
440 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
441 {
442
443         return (0);
444 }
445 #endif
446
447 struct pv_chunks_list {
448         struct mtx pvc_lock;
449         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
450         int active_reclaims;
451 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
452
453 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
454
455 #ifdef  NUMA
456 struct pmap_large_md_page {
457         struct rwlock   pv_lock;
458         struct md_page  pv_page;
459         u_long pv_invl_gen;
460 };
461 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
462 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
463 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
464 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
465 #else
466 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
467 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
468 static struct md_page *pv_table;
469 static struct md_page pv_dummy;
470 #endif
471
472 /*
473  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
474  */
475 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
476 caddr_t CADDR1 = 0;
477 static vm_offset_t qframe = 0;
478 static struct mtx qframe_mtx;
479
480 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
481
482 static vmem_t *large_vmem;
483 static u_int lm_ents;
484 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
485         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
486
487 int pmap_pcid_enabled = 1;
488 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
489     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
490 int invpcid_works = 0;
491 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
492     "Is the invpcid instruction available ?");
493
494 int __read_frequently pti = 0;
495 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
496     &pti, 0,
497     "Page Table Isolation enabled");
498 static vm_object_t pti_obj;
499 static pml4_entry_t *pti_pml4;
500 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
501 static bool pti_finalized;
502
503 struct pmap_pkru_range {
504         struct rs_el    pkru_rs_el;
505         u_int           pkru_keyidx;
506         int             pkru_flags;
507 };
508
509 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
510 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
511 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
512 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
513 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
514 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
515 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
516 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
517 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
518
519 static int
520 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
521 {
522         int i;
523         uint64_t res;
524
525         res = 0;
526         CPU_FOREACH(i) {
527                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
528         }
529         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
530 }
531 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
532     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
533     "Count of saved TLB context on switch");
534
535 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
536     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
537 static struct mtx invl_gen_mtx;
538 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
539 static struct lock_object invl_gen_ts = {
540         .lo_name = "invlts",
541 };
542 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
543         .gen = 1,
544         .next = NULL,
545 };
546 static u_long pmap_invl_gen = 1;
547 static int pmap_invl_waiters;
548 static struct callout pmap_invl_callout;
549 static bool pmap_invl_callout_inited;
550
551 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
552     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
553
554 static bool
555 pmap_di_locked(void)
556 {
557         int tun;
558
559         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
560                 return (true);
561         tun = 0;
562         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
563         return (tun != 0);
564 }
565
566 static int
567 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
568 {
569         int locked;
570
571         locked = pmap_di_locked();
572         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
573 }
574 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
575     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
576     "Locked delayed invalidation");
577
578 static bool pmap_not_in_di_l(void);
579 static bool pmap_not_in_di_u(void);
580 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
581 {
582
583         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
584 }
585
586 static bool
587 pmap_not_in_di_l(void)
588 {
589         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
590
591         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
592         return (invl_gen->gen == 0);
593 }
594
595 static void
596 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
597 {
598         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
599
600         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
601         invl_gen->gen = 0;
602 }
603
604 static void
605 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
606 {
607         struct turnstile *ts;
608
609         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
610         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
611                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
612         else
613                 turnstile_cancel(ts);
614 }
615
616 static void
617 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
618 {
619         struct turnstile *ts;
620
621         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
622         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
623         if (new_gen != 0)
624                 pmap_invl_gen = new_gen;
625         if (ts != NULL) {
626                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
627                 turnstile_unpend(ts);
628         }
629         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
630 }
631
632 /*
633  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
634  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
635  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
636  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
637  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
638  * pmap active.
639  */
640 static void
641 pmap_delayed_invl_start_l(void)
642 {
643         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
644         u_long currgen;
645
646         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
647         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
648         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
649         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
650                 currgen = pmap_invl_gen;
651         else
652                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
653         invl_gen->gen = currgen + 1;
654         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
655         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
656 }
657
658 /*
659  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
660  * required TLB flushes for the pages marked by
661  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
662  * called.
663  *
664  * This function works by bumping the global DI generation number to
665  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
666  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
667  * global DI generation number would incorrectly signal that the
668  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
669  * DI's generation number to match the generation number of the
670  * current thread's DI.
671  */
672 static void
673 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
674 {
675         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
676
677         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
678         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
679         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
680         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
681         if (next == NULL)
682                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
683         else
684                 next->gen = invl_gen->gen;
685         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
686         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
687         invl_gen->gen = 0;
688 }
689
690 static bool
691 pmap_not_in_di_u(void)
692 {
693         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
694
695         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
696         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
697 }
698
699 static void
700 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
701 {
702         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
703
704         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
705         invl_gen->gen = 0;
706         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
707 }
708
709 static bool
710 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
711 {
712         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
713         char res;
714
715         old_low = new_low = 0;
716         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
717
718         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
719             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
720             : "b"(new_low), "c" (new_high)
721             : "memory", "cc");
722         if (res == 0) {
723                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
724                         return (false);
725                 out->gen = old_low;
726                 out->next = (void *)old_high;
727         } else {
728                 out->gen = new_low;
729                 out->next = (void *)new_high;
730         }
731         return (true);
732 }
733
734 static bool
735 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
736     struct pmap_invl_gen *new_val)
737 {
738         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
739         char res;
740
741         new_low = new_val->gen;
742         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
743         old_low = old_val->gen;
744         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
745
746         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
747             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
748             : "b"(new_low), "c" (new_high)
749             : "memory", "cc");
750         return (res);
751 }
752
753 #ifdef PV_STATS
754 static long invl_start_restart;
755 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
756     &invl_start_restart, 0,
757     "");
758 static long invl_finish_restart;
759 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
760     &invl_finish_restart, 0,
761     "");
762 static int invl_max_qlen;
763 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
764     &invl_max_qlen, 0,
765     "");
766 #endif
767
768 #define di_delay        locks_delay
769
770 static void
771 pmap_delayed_invl_start_u(void)
772 {
773         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
774         struct thread *td;
775         struct lock_delay_arg lda;
776         uintptr_t prevl;
777         u_char pri;
778 #ifdef PV_STATS
779         int i, ii;
780 #endif
781
782         td = curthread;
783         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
784         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
785         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
786         invl_gen->saved_pri = 0;
787         pri = td->td_base_pri;
788         if (pri > PVM) {
789                 thread_lock(td);
790                 pri = td->td_base_pri;
791                 if (pri > PVM) {
792                         invl_gen->saved_pri = pri;
793                         sched_prio(td, PVM);
794                 }
795                 thread_unlock(td);
796         }
797 again:
798         PV_STAT(i = 0);
799         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
800                 PV_STAT(i++);
801                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
802                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
803                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
804                         lock_delay(&lda);
805                         goto again;
806                 }
807                 if (prevl == 0)
808                         break;
809                 prev.next = (void *)prevl;
810         }
811 #ifdef PV_STATS
812         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
813                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
814 #endif
815
816         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
817                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
818                 lock_delay(&lda);
819                 goto again;
820         }
821
822         new_prev.gen = prev.gen;
823         new_prev.next = invl_gen;
824         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
825
826         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
827         atomic_thread_fence_rel();
828
829         /*
830          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
831          * this thread blocks any other thread trying to enter the
832          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
833          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
834          */
835         critical_enter();
836
837         /*
838          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
839          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
840          * started a new one and got inserted into the list at the
841          * same place, its gen will appear greater than the previously
842          * read gen.
843          */
844         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
845                 critical_exit();
846                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
847                 lock_delay(&lda);
848                 goto again;
849         }
850
851         /*
852          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
853          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
854          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
855          * write and the update of next.
856          */
857         invl_gen->next = NULL;
858         critical_exit();
859 }
860
861 static bool
862 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
863     struct pmap_invl_gen *p)
864 {
865         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
866         u_long mygen;
867
868         /*
869          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
870          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
871          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
872          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
873          */
874         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
875
876         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
877                 return (false);
878
879         KASSERT(prev.gen < mygen,
880             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
881         new_prev.gen = mygen;
882         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
883             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
884
885         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
886         atomic_thread_fence_rel();
887
888         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
889 }
890
891 static void
892 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
893 {
894         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
895         struct thread *td;
896         struct lock_delay_arg lda;
897         uintptr_t prevl;
898
899         td = curthread;
900         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
901         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
902         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
903             ("missed invl_start: INVALID"));
904         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
905
906 again:
907         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
908                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
909                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
910                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
911                         lock_delay(&lda);
912                         goto again;
913                 }
914                 if ((void *)prevl == invl_gen)
915                         break;
916         }
917
918         /*
919          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
920          * thread before us finished its DI and started it again.
921          */
922         if (__predict_false(p == NULL)) {
923                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
924                 lock_delay(&lda);
925                 goto again;
926         }
927
928         critical_enter();
929         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
930             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
931         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
932                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
933                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
934                 critical_exit();
935                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
936                 lock_delay(&lda);
937                 goto again;
938         }
939         critical_exit();
940         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
941                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
942         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
943                 thread_lock(td);
944                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
945                 thread_unlock(td);
946         }
947 }
948
949 #ifdef DDB
950 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
951 {
952         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
953         struct thread *td;
954         uintptr_t nextl;
955         bool first;
956
957         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
958             first = false) {
959                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
960                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
961                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
962                     td_md.md_invl_gen);
963                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
964                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
965                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
966         }
967 }
968 #endif
969
970 #ifdef PV_STATS
971 static long invl_wait;
972 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
973     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
974 static long invl_wait_slow;
975 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
976     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
977 #endif
978
979 #ifdef NUMA
980 static u_long *
981 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
982 {
983         vm_paddr_t pa;
984         u_long *gen;
985
986         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
987         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
988                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
989         else
990                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
991
992         return (gen);
993 }
994 #else
995 static u_long *
996 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
997 {
998
999         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1000 }
1001 #endif
1002
1003 static void
1004 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1005 {
1006
1007         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1008                 return;
1009         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1010 }
1011
1012 static void
1013 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1014 {
1015
1016         if (pmap_di_locked())
1017                 return;
1018         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1019         pmap_invl_callout_inited = true;
1020 }
1021 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1022     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1023
1024 /*
1025  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1026  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1027  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1028  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1029  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1030  *
1031  * This function works by blocking until the global DI generation
1032  * number catches up with the generation number associated with the
1033  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1034  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1035  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1036  * processor.
1037  */
1038 static void
1039 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1040 {
1041         u_long *m_gen;
1042 #ifdef PV_STATS
1043         bool accounted = false;
1044 #endif
1045
1046         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1047         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1048 #ifdef PV_STATS
1049                 if (!accounted) {
1050                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1051                         accounted = true;
1052                 }
1053 #endif
1054                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1055         }
1056 }
1057
1058 static void
1059 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1060 {
1061         u_long *m_gen;
1062         struct lock_delay_arg lda;
1063         bool fast;
1064
1065         fast = true;
1066         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1067         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1068         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1069                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1070                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1071                         lock_delay(&lda);
1072                         fast = false;
1073                 } else {
1074                         /*
1075                          * The page's invalidation generation number
1076                          * is still below the current thread's number.
1077                          * Prepare to block so that we do not waste
1078                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1079                          *
1080                          * Since it is impossible to block without
1081                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1082                          * prepare for the race by incrementing
1083                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1084                          * callout which will unblock us if we lose
1085                          * the race.
1086                          */
1087                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1088
1089                         /*
1090                          * Re-check the current thread's invalidation
1091                          * generation after incrementing
1092                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1093                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1094                          * the page generation and checking
1095                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1096                          * is for a missed unblock, which is handled
1097                          * by the callout.
1098                          */
1099                         if (*m_gen >
1100                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1101                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1102                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1103                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1104                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1105                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1106                         }
1107                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1108                 }
1109         }
1110 }
1111
1112 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1113 {
1114
1115         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1116             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1117 }
1118
1119 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1120 {
1121
1122         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1123             pmap_delayed_invl_start_u);
1124 }
1125
1126 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1127 {
1128
1129         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1130             pmap_delayed_invl_finish_u);
1131 }
1132
1133 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1134 {
1135
1136         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1137             pmap_delayed_invl_wait_u);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1142  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1143  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1144  * block to complete before proceeding.
1145  *
1146  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1147  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1148  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1149  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1150  */
1151 static void
1152 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1153 {
1154         u_long gen, *m_gen;
1155
1156         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1157         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1158         if (gen == 0)
1159                 return;
1160         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1161         if (*m_gen < gen)
1162                 *m_gen = gen;
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Crashdump maps.
1167  */
1168 static caddr_t crashdumpmap;
1169
1170 /*
1171  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1172  */
1173 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1174 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1175
1176 /*
1177  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1178  * pmap_change_props_locked().
1179  */
1180 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1181 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1182 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1183
1184 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1185
1186 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1187 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1188 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1189 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1190 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1191 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1192 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1193                     struct rwlock **lockp);
1194 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1195                     struct rwlock **lockp);
1196 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1197                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1198 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1199 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1200                     struct rwlock **lockp);
1201 #endif
1202 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1203 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1204                     vm_offset_t va);
1205
1206 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1207 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1208     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1209 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1210 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1211     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1212 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1213     vm_offset_t va);
1214 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1215                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1216 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1217                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1218 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1219     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1220 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1221 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1222 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1223     vm_offset_t eva);
1224 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1225     vm_offset_t eva);
1226 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1227                     pd_entry_t pde);
1228 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1229 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1230 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1231 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1232 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1233     struct rwlock **lockp);
1234 #endif
1235 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1236     vm_prot_t prot);
1237 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1238 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1239     bool exec);
1240 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1241 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1242 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1243 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1244     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1245 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1246     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1247 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1248 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1249     struct spglist *free);
1250 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1251                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1252                     struct rwlock **lockp);
1253 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1254     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1255 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1256     pd_entry_t newpde);
1257 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1258
1259 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1260                 struct rwlock **lockp);
1261 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1262                 struct rwlock **lockp);
1263 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1264                 struct rwlock **lockp);
1265
1266 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1267     struct spglist *free);
1268 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1269
1270 /********************/
1271 /* Inline functions */
1272 /********************/
1273
1274 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1275 static __inline vm_pindex_t
1276 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1277 {
1278         return (va >> PDRSHIFT);
1279 }
1280
1281
1282 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1283 static __inline pml4_entry_t *
1284 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1285 {
1286
1287         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1288 }
1289
1290 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1291 static __inline pdp_entry_t *
1292 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1293 {
1294         pdp_entry_t *pdpe;
1295
1296         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1297         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1298 }
1299
1300 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1301 static __inline pdp_entry_t *
1302 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1303 {
1304         pml4_entry_t *pml4e;
1305         pt_entry_t PG_V;
1306
1307         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1308         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1309         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1310                 return (NULL);
1311         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1312 }
1313
1314 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1315 static __inline pd_entry_t *
1316 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1317 {
1318         pd_entry_t *pde;
1319
1320         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1321             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1322         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1323         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1324 }
1325
1326 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1327 static __inline pd_entry_t *
1328 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1329 {
1330         pdp_entry_t *pdpe;
1331         pt_entry_t PG_V;
1332
1333         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1334         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1335         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1336                 return (NULL);
1337         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1338 }
1339
1340 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1341 static __inline pt_entry_t *
1342 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1343 {
1344         pt_entry_t *pte;
1345
1346         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1347             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1348         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1349         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1350 }
1351
1352 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1353 static __inline pt_entry_t *
1354 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1355 {
1356         pd_entry_t *pde;
1357         pt_entry_t PG_V;
1358
1359         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1360         pde = pmap_pde(pmap, va);
1361         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1362                 return (NULL);
1363         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1364                 return ((pt_entry_t *)pde);
1365         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1366 }
1367
1368 static __inline void
1369 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1370 {
1371
1372         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1373         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1374 }
1375
1376 static __inline void
1377 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1378 {
1379
1380         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1381         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1382             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1383             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1384         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1385 }
1386
1387 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1388 vtopte(vm_offset_t va)
1389 {
1390         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1391
1392         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1393
1394         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1395 }
1396
1397 static __inline pd_entry_t *
1398 vtopde(vm_offset_t va)
1399 {
1400         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1401
1402         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1403
1404         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1405 }
1406
1407 static u_int64_t
1408 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1409 {
1410         u_int64_t ret;
1411
1412         ret = *firstaddr;
1413         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1414         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1415         return (ret);
1416 }
1417
1418 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1419
1420 /* number of kernel PDP slots */
1421 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1422
1423 static void
1424 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1425 {
1426         int pt_pages;
1427         
1428 #ifdef NKPT
1429         pt_pages = NKPT;
1430 #else
1431         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1432         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1433
1434         /*
1435          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1436          * the kernel.
1437          *
1438          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1439          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1440          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1441          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1442          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1443          * physical memory.
1444          *
1445          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1446          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1447          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1448          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1449          * not uncommon.
1450          */
1451         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1452 #endif
1453         nkpt = pt_pages;
1454 }
1455
1456 /*
1457  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1458  * part of the initial boot allocations.
1459  *
1460  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1461  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1462  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1463  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1464  *
1465  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1466  * way.
1467  */
1468 static inline pt_entry_t
1469 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1470 {
1471
1472         /*
1473          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1474          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1475          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1476          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1477          * fixed up by the linker.
1478          */
1479         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1480             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1481                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1482
1483         /*
1484          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1485          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1486          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1487          * read-write data needs to be read-write.
1488          */
1489         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1490                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1491
1492         /*
1493          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1494          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1495          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1496          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1497          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1498          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1499          * set CR0.WP.
1500          */
1501         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1502                 return (0);
1503         return (pg_nx);
1504 }
1505
1506 static void
1507 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1508 {
1509         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1510         pd_entry_t *pd_p;
1511         pdp_entry_t *pdp_p;
1512         pml4_entry_t *p4_p;
1513         uint64_t DMPDkernphys;
1514
1515         /* Allocate page table pages for the direct map */
1516         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1517         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1518                 ndmpdp = 4;
1519         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1520         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1521                 /*
1522                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1523                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1524                  */
1525                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1526                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1527                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1528                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1529         }
1530         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1531         ndm1g = 0;
1532         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1533                 /*
1534                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1535                  * Maxmem.
1536                  */
1537                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1538
1539                 /*
1540                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1541                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1542                  */
1543                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1544                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1545         }
1546         if (ndm1g < ndmpdp)
1547                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1548         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1549
1550         /* Allocate pages */
1551         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1552         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1553
1554         /*
1555          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1556          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1557          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1558          * build in too much slop in our estimate.
1559          *
1560          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1561          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1562          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1563          */
1564         nkpt_init(*firstaddr);
1565         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1566
1567         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1568         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1569
1570         /*
1571          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1572          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1573          * the PTmap.
1574          */
1575         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1576         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1577                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1578
1579         /*
1580          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1581          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1582          * created above.
1583          */
1584         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1585                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1586                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1587                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1588
1589         /*
1590          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1591          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1592          * virtual address space.
1593          */
1594         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1595                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1596
1597         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1598         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1599         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1600                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1601
1602         /*
1603          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1604          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1605          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1606          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1607          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1608          * that are partially used. 
1609          */
1610         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1611         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1612                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1613                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1614                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1615                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1616         }
1617         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1618         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1619                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1620                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1621                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1622                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1623         }
1624         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1625                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1626                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1627         }
1628
1629         /*
1630          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1631          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1632          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1633          */
1634         if (ndm1g) {
1635                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1636                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1637                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1638                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1639                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1640                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1641                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1642                             X86_PG_V | pg_nx;
1643         }
1644
1645         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1646         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1647         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1648         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1649
1650         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1651         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1652                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1653                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1654         }
1655
1656         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1657         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1658                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1659                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1660         }
1661 }
1662
1663 /*
1664  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1665  *
1666  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1667  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1668  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1669  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1670  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1671  *      (physical) address starting relative to 0]
1672  */
1673 void
1674 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1675 {
1676         vm_offset_t va;
1677         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1678         struct region_descriptor r_gdt;
1679         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1680         u_long res;
1681         int i;
1682
1683         KERNend = *firstaddr;
1684         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1685
1686         if (!pti)
1687                 pg_g = X86_PG_G;
1688
1689         /*
1690          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1691          */
1692         create_pagetables(firstaddr);
1693
1694         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1695
1696         /*
1697          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1698          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1699          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1700          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1701          * addresses to superpage mappings.
1702          */
1703         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1704
1705         /*
1706          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1707          */
1708         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1709         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1710
1711         /*
1712          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1713          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1714          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1715          * correct now.
1716          */
1717         cr4 = rcr4();
1718         cr4 |= CR4_PGE;
1719         load_cr4(cr4);
1720         load_cr3(KPML4phys);
1721         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1722                 cr4 |= CR4_SMEP;
1723         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1724                 cr4 |= CR4_SMAP;
1725         load_cr4(cr4);
1726
1727         /*
1728          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1729          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1730          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1731          */
1732         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1733         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1734         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1735         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1736         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1737         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1738         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1739         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1740
1741         /*
1742          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1743          */
1744         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1745
1746         /*
1747          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1748          * mapping of pages.
1749          */
1750 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1751         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1752
1753         va = virtual_avail;
1754         pte = vtopte(va);
1755
1756         /*
1757          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1758          * memory test.
1759          */
1760         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1761         CADDR1 = crashdumpmap;
1762
1763         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1764         virtual_avail = va;
1765
1766         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1767                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1768                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1769         }
1770
1771         /*
1772          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1773          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1774          */
1775         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1776         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1777         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1778         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1779         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1780         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1781             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1782         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1783             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1784         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1785         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1786             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1787         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1788         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1789         lgdt(&r_gdt);
1790         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1791         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1792         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1793         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1794
1795         /*
1796          * Initialize the PAT MSR.
1797          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1798          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1799          * have been created in our pre-boot environment.
1800          */
1801         pmap_init_pat();
1802
1803         /* Initialize TLB Context Id. */
1804         if (pmap_pcid_enabled) {
1805                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1806                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1807                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1808                 }
1809
1810                 /*
1811                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1812                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1813                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1814                  * needs to be valid.
1815                  */
1816                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1817                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1818
1819                 /*
1820                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1821                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1822                  * during pcpu setup.
1823                  */
1824                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1825         }
1826 }
1827
1828 /*
1829  * Setup the PAT MSR.
1830  */
1831 void
1832 pmap_init_pat(void)
1833 {
1834         uint64_t pat_msr;
1835         u_long cr0, cr4;
1836         int i;
1837
1838         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1839         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1840                 panic("no PAT??");
1841
1842         /* Set default PAT index table. */
1843         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1844                 pat_index[i] = -1;
1845         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1846         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1847         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1848         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1849         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1850         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1851
1852         /*
1853          * Initialize default PAT entries.
1854          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1855          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1856          *
1857          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1858          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1859          * to its overload with PG_PS.
1860          */
1861         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1862             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1863             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1864             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1865             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1866             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1867             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1868             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1869
1870         /* Disable PGE. */
1871         cr4 = rcr4();
1872         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1873
1874         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1875         cr0 = rcr0();
1876         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1877
1878         /* Flushes caches and TLBs. */
1879         wbinvd();
1880         invltlb();
1881
1882         /* Update PAT and index table. */
1883         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1884
1885         /* Flush caches and TLBs again. */
1886         wbinvd();
1887         invltlb();
1888
1889         /* Restore caches and PGE. */
1890         load_cr0(cr0);
1891         load_cr4(cr4);
1892 }
1893
1894 /*
1895  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1896  */
1897 void
1898 pmap_page_init(vm_page_t m)
1899 {
1900
1901         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1902         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1903 }
1904
1905 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1906 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1907     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1908     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1909
1910 void
1911 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1912 {
1913         /*
1914          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1915          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1916          */
1917         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1918             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1919             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1920             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1921             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1922             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1923             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1924             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1925             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1926             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1927             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1928             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1929             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1930             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1931             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1932             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1933             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1934             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1935             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1936             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1937             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1938                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1939         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1940 }
1941
1942 static bool
1943 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1944 {
1945
1946         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1947             !pmap_allow_2m_x_ept);
1948 }
1949
1950 #ifdef NUMA
1951 static void
1952 pmap_init_pv_table(void)
1953 {
1954         struct pmap_large_md_page *pvd;
1955         vm_size_t s;
1956         long start, end, highest, pv_npg;
1957         int domain, i, j, pages;
1958
1959         /*
1960          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1961          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1962          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1963          */
1964         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1965
1966         /*
1967          * Calculate the size of the array.
1968          */
1969         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1970         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1971         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1972         s = round_page(s);
1973         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1974         if (pv_table == NULL)
1975                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1976
1977         /*
1978          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1979          */
1980         highest = -1;
1981         s = 0;
1982         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1983                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1984                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1985
1986                 if (highest >= end)
1987                         continue;
1988
1989                 start = highest + 1;
1990                 pvd = &pv_table[start];
1991
1992                 pages = end - start + 1;
1993                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1994                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1995
1996                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1997                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1998                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1999                         if (m == NULL)
2000                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2001                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2002                 }
2003
2004                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2005                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2006                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2007                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2008                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2009                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2010                         pvd++;
2011                 }
2012         }
2013         pvd = &pv_dummy_large;
2014         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2015         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2016         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2017         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2018         pvd->pv_invl_gen = 0;
2019 }
2020 #else
2021 static void
2022 pmap_init_pv_table(void)
2023 {
2024         vm_size_t s;
2025         long i, pv_npg;
2026
2027         /*
2028          * Initialize the pool of pv list locks.
2029          */
2030         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2031                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2032
2033         /*
2034          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2035          */
2036         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2037
2038         /*
2039          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2040          */
2041         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2042         s = round_page(s);
2043         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2044         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2045                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2046         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2047 }
2048 #endif
2049
2050 /*
2051  *      Initialize the pmap module.
2052  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2053  *      system needs to map virtual memory.
2054  */
2055 void
2056 pmap_init(void)
2057 {
2058         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2059         vm_page_t m, mpte;
2060         int error, i, ret, skz63;
2061
2062         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2063         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2064
2065         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2066         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2067             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2068                 /*
2069                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2070                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2071                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2072                  *
2073                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2074                  * seems to be impossible to distinguish between
2075                  * Skylake Server and Skylake X.
2076                  */
2077                 skz63 = 1;
2078                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2079                 if (skz63 != 0) {
2080                         if (bootverbose)
2081                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2082                                     "at physical 1G\n");
2083                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2084                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2085                                     ptoa(i), FALSE);
2086                                 if (!ret && bootverbose)
2087                                         printf("page at %#lx already used\n",
2088                                             0x40000000 + ptoa(i));
2089                         }
2090                 }
2091         }
2092
2093         /* IFU */
2094         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2095
2096         /*
2097          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2098          * page table pages.
2099          */ 
2100         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2101         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2102                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2103                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2104                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2105                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2106                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2107                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2108                 mpte->ref_count = 1;
2109
2110                 /*
2111                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2112                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2113                  */
2114                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2115                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2116                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2117         }
2118         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2119         vm_wire_add(nkpt);
2120
2121         /*
2122          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2123          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2124          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2125          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2126          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2127          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2128          * or newer AMD processors.
2129          */
2130         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2131             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2132             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2133             AMDID2_FMA4)) == 0)
2134                 workaround_erratum383 = 1;
2135
2136         /*
2137          * Are large page mappings enabled?
2138          */
2139         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2140         if (pg_ps_enabled) {
2141                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2142                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2143                 pagesizes[1] = NBPDR;
2144         }
2145
2146         /*
2147          * Initialize pv chunk lists.
2148          */
2149         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2150                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2151                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2152         }
2153         pmap_init_pv_table();
2154
2155         pmap_initialized = 1;
2156         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2157                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2158                 if (ppim->va == 0)
2159                         continue;
2160                 /* Make the direct map consistent */
2161                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2162                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2163                             ppim->sz, ppim->mode);
2164                 }
2165                 if (!bootverbose)
2166                         continue;
2167                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2168                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2169         }
2170
2171         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2172         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2173             (vmem_addr_t *)&qframe);
2174         if (error != 0)
2175                 panic("qframe allocation failed");
2176
2177         lm_ents = 8;
2178         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2179         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2180                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2181         if (bootverbose)
2182                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2183                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2184         if (lm_ents != 0) {
2185                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2186                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2187                 if (large_vmem == NULL) {
2188                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2189                         lm_ents = 0;
2190                 }
2191                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2192                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2193                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2194                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2195                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2196                 }
2197         }
2198 }
2199
2200 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2201     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2202     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2203     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2204
2205 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2206     "2MB page mapping counters");
2207
2208 static u_long pmap_pde_demotions;
2209 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2210     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2211
2212 static u_long pmap_pde_mappings;
2213 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2214     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2215
2216 static u_long pmap_pde_p_failures;
2217 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2218     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2219
2220 static u_long pmap_pde_promotions;
2221 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2222     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2223
2224 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2225     "1GB page mapping counters");
2226
2227 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2228 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2229     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2230
2231 /***************************************************
2232  * Low level helper routines.....
2233  ***************************************************/
2234
2235 static pt_entry_t
2236 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2237 {
2238         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2239
2240         switch (pmap->pm_type) {
2241         case PT_X86:
2242         case PT_RVI:
2243                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2244                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2245                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2246
2247                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2248                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2249                         entry ^= x86_pat_bits;
2250                 break;
2251         case PT_EPT:
2252                 /*
2253                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2254                  * the same way for regular pages and superpages.
2255                  */
2256                 break;
2257         default:
2258                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2259         }
2260
2261         return (entry);
2262 }
2263
2264 boolean_t
2265 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2266 {
2267
2268         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2269             pat_index[(int)mode] >= 0);
2270 }
2271
2272 /*
2273  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2274  * caching mode.
2275  */
2276 int
2277 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2278 {
2279         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2280
2281         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2282                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2283
2284         switch (pmap->pm_type) {
2285         case PT_X86:
2286         case PT_RVI:
2287                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2288                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2289
2290                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2291                 pat_idx = pat_index[mode];
2292
2293                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2294                 cache_bits = 0;
2295                 if (pat_idx & 0x4)
2296                         cache_bits |= pat_flag;
2297                 if (pat_idx & 0x2)
2298                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2299                 if (pat_idx & 0x1)
2300                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2301                 break;
2302
2303         case PT_EPT:
2304                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2305                 break;
2306
2307         default:
2308                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2309         }
2310
2311         return (cache_bits);
2312 }
2313
2314 static int
2315 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2316 {
2317         int mask;
2318
2319         switch (pmap->pm_type) {
2320         case PT_X86:
2321         case PT_RVI:
2322                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2323                 break;
2324         case PT_EPT:
2325                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2326                 break;
2327         default:
2328                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2329         }
2330
2331         return (mask);
2332 }
2333
2334 static int
2335 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2336 {
2337         int pat_flag, pat_idx;
2338
2339         pat_idx = 0;
2340         switch (pmap->pm_type) {
2341         case PT_X86:
2342         case PT_RVI:
2343                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2344                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2345
2346                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2347                         pat_idx |= 0x4;
2348                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2349                         pat_idx |= 0x2;
2350                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2351                         pat_idx |= 0x1;
2352                 break;
2353         case PT_EPT:
2354                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2355                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2356                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2357                 break;
2358         }
2359
2360         /* See pmap_init_pat(). */
2361         if (pat_idx == 4)
2362                 pat_idx = 0;
2363         if (pat_idx == 7)
2364                 pat_idx = 3;
2365
2366         return (pat_idx);
2367 }
2368
2369 bool
2370 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2371 {
2372
2373         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2374 }
2375
2376 static void
2377 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2378 {
2379
2380         switch (pmap->pm_type) {
2381         case PT_X86:
2382                 break;
2383         case PT_RVI:
2384         case PT_EPT:
2385                 /*
2386                  * XXX
2387                  * This is a little bogus since the generation number is
2388                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2389                  * space is invalidated in the page tables.
2390                  *
2391                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2392                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2393                  * invalidated in the TLB.
2394                  *
2395                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2396                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2397                  * side-effect.
2398                  */
2399                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2400                 break;
2401         default:
2402                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2403         }
2404         pde_store(pde, newpde);
2405 }
2406
2407 /*
2408  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2409  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2410  * calling processor's TLB is affected.
2411  *
2412  * The calling thread must be pinned to a processor.
2413  */
2414 static void
2415 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2416 {
2417         pt_entry_t PG_G;
2418
2419         if (pmap_type_guest(pmap))
2420                 return;
2421
2422         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2423             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2424
2425         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2426
2427         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2428                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2429                 invlpg(va);
2430         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2431                 /*
2432                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2433                  * because there are too many to flush individually.
2434                  */
2435                 invltlb();
2436         else {
2437                 /*
2438                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2439                  * including any global (PG_G) mappings.
2440                  */
2441                 invltlb_glob();
2442         }
2443 }
2444 #ifdef SMP
2445
2446 /*
2447  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2448  *
2449  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2450  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2451  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2452  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2453  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2454  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2455  * one of the following functions but before a store updating the page
2456  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2457  * processor before its pm_active field is checked but due to
2458  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2459  * pmap as inactive on the other processor.
2460  * 
2461  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2462  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2463  * processor.
2464  */
2465
2466 /*
2467  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2468  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2469  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2470  */
2471 static __inline void
2472 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2473 {
2474         int ipinum;
2475
2476         sched_pin();
2477         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2478             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2479
2480         /*
2481          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2482          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2483          *
2484          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2485          * are flushed from the TLB on each context switch.
2486          *
2487          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2488          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2489          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2490          *
2491          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2492          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2493          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2494          */
2495         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2496
2497         /*
2498          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2499          */
2500         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2501         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2502         sched_unpin();
2503 }
2504
2505 static cpuset_t
2506 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2507 {
2508
2509         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2510 }
2511
2512 static inline void
2513 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2514     const bool invpcid_works1)
2515 {
2516         struct invpcid_descr d;
2517         uint64_t kcr3, ucr3;
2518         uint32_t pcid;
2519         u_int cpuid, i;
2520
2521         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2522         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2523                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2524                     /*
2525                      * If we context-switched right after
2526                      * PCPU_GET(ucr3_load_mask), we could read the
2527                      * ~CR3_PCID_SAVE mask, which causes us to skip
2528                      * the code below to invalidate user pages.  This
2529                      * is handled in pmap_activate_sw_pcid_pti() by
2530                      * clearing pm_gen if ucr3_load_mask is ~CR3_PCID_SAVE.
2531                      */
2532                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2533                         /*
2534                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2535                          * context switch, we must disable switching.
2536                          * Otherwise, we might use a stale value
2537                          * below.
2538                          */
2539                         critical_enter();
2540                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2541                         if (invpcid_works1) {
2542                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2543                                 d.pad = 0;
2544                                 d.addr = va;
2545                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2546                         } else {
2547                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2548                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2549                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2550                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2551                         }
2552                         critical_exit();
2553                 }
2554         } else
2555                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2556
2557         CPU_FOREACH(i) {
2558                 if (cpuid != i)
2559                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2560         }
2561
2562         /*
2563          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2564          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2565          * for us to miss the bit update in pm_active and
2566          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2567          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2568          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2569          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2570          * the reciprocal fence.
2571          */
2572         atomic_thread_fence_seq_cst();
2573 }
2574
2575 static void
2576 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2577 {
2578
2579         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2580 }
2581
2582 static void
2583 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2584 {
2585
2586         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2587 }
2588
2589 static void
2590 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2591 {
2592 }
2593
2594 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2595 {
2596
2597         if (pmap_pcid_enabled)
2598                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2599                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2600         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2601 }
2602
2603 static void
2604 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2605     vm_offset_t addr2 __unused)
2606 {
2607
2608         if (pmap == kernel_pmap) {
2609                 invlpg(va);
2610         } else {
2611                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2612                         invlpg(va);
2613                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2614         }
2615 }
2616
2617 void
2618 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2619 {
2620
2621         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2622                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2623                 return;
2624         }
2625
2626         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2627             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2628
2629         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2630             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2631 }
2632
2633 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2634 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2635
2636 static void
2637 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2638     const bool invpcid_works1)
2639 {
2640         struct invpcid_descr d;
2641         uint64_t kcr3, ucr3;
2642         uint32_t pcid;
2643         u_int cpuid, i;
2644
2645         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2646         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2647                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
2648                     PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
2649                         critical_enter();
2650                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2651                         if (invpcid_works1) {
2652                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2653                                 d.pad = 0;
2654                                 d.addr = sva;
2655                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2656                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2657                         } else {
2658                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2659                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2660                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2661                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2662                         }
2663                         critical_exit();
2664                 }
2665         } else
2666                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2667
2668         CPU_FOREACH(i) {
2669                 if (cpuid != i)
2670                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2671         }
2672         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2673         atomic_thread_fence_seq_cst();
2674 }
2675
2676 static void
2677 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2678     vm_offset_t eva)
2679 {
2680
2681         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2682 }
2683
2684 static void
2685 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2686     vm_offset_t eva)
2687 {
2688
2689         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2690 }
2691
2692 static void
2693 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2694 {
2695 }
2696
2697 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2698     vm_offset_t))
2699 {
2700
2701         if (pmap_pcid_enabled)
2702                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2703                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2704         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2705 }
2706
2707 static void
2708 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2709 {
2710         vm_offset_t addr;
2711
2712         if (pmap == kernel_pmap) {
2713                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2714                         invlpg(addr);
2715         } else {
2716                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2717                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2718                                 invlpg(addr);
2719                 }
2720                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2721         }
2722 }
2723
2724 void
2725 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2726 {
2727
2728         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2729                 pmap_invalidate_all(pmap);
2730                 return;
2731         }
2732
2733         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2734                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2735                 return;
2736         }
2737
2738         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2739             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2740
2741         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
2742             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
2743 }
2744
2745 static inline void
2746 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2747 {
2748         struct invpcid_descr d;
2749         uint64_t kcr3;
2750         uint32_t pcid;
2751         u_int cpuid, i;
2752
2753         if (pmap == kernel_pmap) {
2754                 if (invpcid_works1) {
2755                         bzero(&d, sizeof(d));
2756                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2757                 } else {
2758                         invltlb_glob();
2759                 }
2760         } else {
2761                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2762                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2763                         critical_enter();
2764                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2765                         if (invpcid_works1) {
2766                                 d.pcid = pcid;
2767                                 d.pad = 0;
2768                                 d.addr = 0;
2769                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2770                         } else {
2771                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2772                                 load_cr3(kcr3);
2773                         }
2774                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
2775                                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
2776                         critical_exit();
2777                 } else
2778                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2779                 CPU_FOREACH(i) {
2780                         if (cpuid != i)
2781                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2782                 }
2783         }
2784         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2785         atomic_thread_fence_seq_cst();
2786 }
2787
2788 static void
2789 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2790 {
2791
2792         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2793 }
2794
2795 static void
2796 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2797 {
2798
2799         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2800 }
2801
2802 static void
2803 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2804 {
2805
2806         if (pmap == kernel_pmap)
2807                 invltlb_glob();
2808         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2809                 invltlb();
2810 }
2811
2812 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2813 {
2814
2815         if (pmap_pcid_enabled)
2816                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2817                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2818         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2819 }
2820
2821 static void
2822 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
2823     vm_offset_t addr2 __unused)
2824 {
2825
2826         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2827 }
2828
2829 void
2830 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2831 {
2832
2833         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2834                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2835                 return;
2836         }
2837
2838         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2839             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2840
2841         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
2842             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
2843 }
2844
2845 static void
2846 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
2847     vm_offset_t addr2 __unused)
2848 {
2849
2850         wbinvd();
2851 }
2852
2853 void
2854 pmap_invalidate_cache(void)
2855 {
2856
2857         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
2858 }
2859
2860 struct pde_action {
2861         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2862         pmap_t pmap;
2863         vm_offset_t va;
2864         pd_entry_t *pde;
2865         pd_entry_t newpde;
2866         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2867 };
2868
2869 static void
2870 pmap_update_pde_action(void *arg)
2871 {
2872         struct pde_action *act = arg;
2873
2874         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2875                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2876 }
2877
2878 static void
2879 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2880 {
2881         struct pde_action *act = arg;
2882
2883         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2884                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2885 }
2886
2887 /*
2888  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2889  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2890  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2891  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2892  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2893  * hardware error.
2894  */
2895 static void
2896 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2897 {
2898         struct pde_action act;
2899         cpuset_t active, other_cpus;
2900         u_int cpuid;
2901
2902         sched_pin();
2903         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2904         other_cpus = all_cpus;
2905         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2906         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2907                 active = all_cpus;
2908         else {
2909                 active = pmap->pm_active;
2910         }
2911         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2912                 act.store = cpuid;
2913                 act.invalidate = active;
2914                 act.va = va;
2915                 act.pmap = pmap;
2916                 act.pde = pde;
2917                 act.newpde = newpde;
2918                 CPU_SET(cpuid, &active);
2919                 smp_rendezvous_cpus(active,
2920                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2921                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2922         } else {
2923                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2924                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2925                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2926         }
2927         sched_unpin();
2928 }
2929 #else /* !SMP */
2930 /*
2931  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2932  */
2933 void
2934 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2935 {
2936         struct invpcid_descr d;
2937         uint64_t kcr3, ucr3;
2938         uint32_t pcid;
2939
2940         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2941                 pmap->pm_eptgen++;
2942                 return;
2943         }
2944         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2945             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2946
2947         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2948                 invlpg(va);
2949                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2950                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2951                         critical_enter();
2952                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2953                         if (invpcid_works) {
2954                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2955                                 d.pad = 0;
2956                                 d.addr = va;
2957                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2958                         } else {
2959                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2960                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2961                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2962                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2963                         }
2964                         critical_exit();
2965                 }
2966         } else if (pmap_pcid_enabled)
2967                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2968 }
2969
2970 void
2971 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2972 {
2973         struct invpcid_descr d;
2974         vm_offset_t addr;
2975         uint64_t kcr3, ucr3;
2976
2977         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2978                 pmap->pm_eptgen++;
2979                 return;
2980         }
2981         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2982             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2983
2984         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2985                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2986                         invlpg(addr);
2987                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2988                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2989                         critical_enter();
2990                         if (invpcid_works) {
2991                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2992                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2993                                 d.pad = 0;
2994                                 d.addr = sva;
2995                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2996                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2997                         } else {
2998                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2999                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
3000                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
3001                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3002                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3003                         }
3004                         critical_exit();
3005                 }
3006         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3007                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3008         }
3009 }
3010
3011 void
3012 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3013 {
3014         struct invpcid_descr d;
3015         uint64_t kcr3, ucr3;
3016
3017         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3018                 pmap->pm_eptgen++;
3019                 return;
3020         }
3021         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3022             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3023
3024         if (pmap == kernel_pmap) {
3025                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3026                         bzero(&d, sizeof(d));
3027                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3028                 } else {
3029                         invltlb_glob();
3030                 }
3031         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3032                 if (pmap_pcid_enabled) {
3033                         critical_enter();
3034                         if (invpcid_works) {
3035                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3036                                 d.pad = 0;
3037                                 d.addr = 0;
3038                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3039                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3040                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3041                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3042                                 }
3043                         } else {
3044                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3045                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3046                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3047                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3048                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3049                                 } else
3050                                         load_cr3(kcr3);
3051                         }
3052                         critical_exit();
3053                 } else {
3054                         invltlb();
3055                 }
3056         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3057                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3058         }
3059 }
3060
3061 PMAP_INLINE void
3062 pmap_invalidate_cache(void)
3063 {
3064
3065         wbinvd();
3066 }
3067
3068 static void
3069 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3070 {
3071
3072         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3073         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3074                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3075         else
3076                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3077 }
3078 #endif /* !SMP */
3079
3080 static void
3081 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3082 {
3083
3084         /*
3085          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3086          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3087          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3088          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3089          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3090          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3091          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3092          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3093          * TLB.
3094          */
3095         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3096                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3097         else
3098                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3099 }
3100
3101 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3102     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3103 {
3104
3105         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3106                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3107         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3108                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3109         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3110 }
3111
3112 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3113
3114 static void
3115 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3116 {
3117
3118         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3119             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3120         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3121             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3122 }
3123
3124 static void
3125 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3126 {
3127
3128         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3129 }
3130
3131 void
3132 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3133 {
3134
3135         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3136
3137         /*
3138          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3139          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3140          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3141          * for that range anyway.
3142          */
3143         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3144                 return;
3145
3146         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3147                 /*
3148                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3149                  * instruction to insure that previous stores are
3150                  * included in the write-back.  The processor
3151                  * propagates flush to other processors in the cache
3152                  * coherence domain.
3153                  */
3154                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3155                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3156                         clflushopt(sva);
3157                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3158         } else {
3159                 /*
3160                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3161                  */
3162                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3163                         mfence();
3164                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3165                         clflush(sva);
3166                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3167                         mfence();
3168         }
3169 }
3170
3171 static void
3172 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3173 {
3174
3175         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3176         pmap_invalidate_cache();
3177 }
3178
3179 /*
3180  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3181  *
3182  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3183  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3184  * when moving pages into a different cache domain.
3185  */
3186 void
3187 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3188 {
3189         vm_offset_t daddr, eva;
3190         int i;
3191         bool useclflushopt;
3192
3193         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3194         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3195             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3196                 pmap_invalidate_cache();
3197         else {
3198                 if (useclflushopt)
3199                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3200                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3201                         mfence();
3202                 for (i = 0; i < count; i++) {
3203                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3204                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3205                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3206                                 if (useclflushopt)
3207                                         clflushopt(daddr);
3208                                 else
3209                                         clflush(daddr);
3210                         }
3211                 }
3212                 if (useclflushopt)
3213                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3214                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3215                         mfence();
3216         }
3217 }
3218
3219 void
3220 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3221 {
3222
3223         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3224
3225         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3226                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3227                 return;
3228         }
3229
3230         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3231         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3232                 return;
3233
3234         atomic_thread_fence_seq_cst();
3235         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3236                 clwb(sva);
3237         atomic_thread_fence_seq_cst();
3238 }
3239
3240 void
3241 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3242 {
3243         pt_entry_t *pte;
3244         vm_offset_t vaddr;
3245         int error, pte_bits;
3246
3247         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3248             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3249         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3250             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3251
3252         if (spa < dmaplimit) {
3253                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3254                     dmaplimit, epa)));
3255                 if (dmaplimit >= epa)
3256                         return;
3257                 spa = dmaplimit;
3258         }
3259
3260         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3261             X86_PG_V;
3262         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3263             &vaddr);
3264         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3265         pte = vtopte(vaddr);
3266         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3267                 sched_pin();
3268                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3269                 invlpg(vaddr);
3270                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3271                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3272                 sched_unpin();
3273         }
3274         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3275 }
3276
3277 /*
3278  *      Routine:        pmap_extract
3279  *      Function:
3280  *              Extract the physical page address associated
3281  *              with the given map/virtual_address pair.
3282  */
3283 vm_paddr_t 
3284 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3285 {
3286         pdp_entry_t *pdpe;
3287         pd_entry_t *pde;
3288         pt_entry_t *pte, PG_V;
3289         vm_paddr_t pa;
3290
3291         pa = 0;
3292         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3293         PMAP_LOCK(pmap);
3294         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3295         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3296                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3297                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3298                 else {
3299                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3300                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3301                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3302                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3303                                             (va & PDRMASK);
3304                                 } else {
3305                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3306                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3307                                             (va & PAGE_MASK);
3308                                 }
3309                         }
3310                 }
3311         }
3312         PMAP_UNLOCK(pmap);
3313         return (pa);
3314 }
3315
3316 /*
3317  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3318  *      Function:
3319  *              Atomically extract and hold the physical page
3320  *              with the given pmap and virtual address pair
3321  *              if that mapping permits the given protection.
3322  */
3323 vm_page_t
3324 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3325 {
3326         pd_entry_t pde, *pdep;
3327         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3328         vm_page_t m;
3329
3330         m = NULL;
3331         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3332         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3333
3334         PMAP_LOCK(pmap);
3335         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3336         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3337                 if (pde & PG_PS) {
3338                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3339                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3340                                     (va & PDRMASK));
3341                 } else {
3342                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3343                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3344                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3345                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3346                 }
3347                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3348                         m = NULL;
3349         }
3350         PMAP_UNLOCK(pmap);
3351         return (m);
3352 }
3353
3354 vm_paddr_t
3355 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3356 {
3357         pd_entry_t pde;
3358         vm_paddr_t pa;
3359
3360         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3361                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3362         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3363                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3364         } else {
3365                 pde = *vtopde(va);
3366                 if (pde & PG_PS) {
3367                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3368                 } else {
3369                         /*
3370                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3371                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3372                          * be used to access the PTE because it would use the
3373                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3374                          * because the page table page is preserved by the
3375                          * promotion.
3376                          */
3377                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3378                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3379                 }
3380         }
3381         return (pa);
3382 }
3383
3384 /***************************************************
3385  * Low level mapping routines.....
3386  ***************************************************/
3387
3388 /*
3389  * Add a wired page to the kva.
3390  * Note: not SMP coherent.
3391  */
3392 PMAP_INLINE void 
3393 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3394 {
3395         pt_entry_t *pte;
3396
3397         pte = vtopte(va);
3398         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3399 }
3400
3401 static __inline void
3402 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3403 {
3404         pt_entry_t *pte;
3405         int cache_bits;
3406
3407         pte = vtopte(va);
3408         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3409         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3410 }
3411
3412 /*
3413  * Remove a page from the kernel pagetables.
3414  * Note: not SMP coherent.
3415  */
3416 PMAP_INLINE void
3417 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3418 {
3419         pt_entry_t *pte;
3420
3421         pte = vtopte(va);
3422         pte_clear(pte);
3423 }
3424
3425 /*
3426  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3427  *      virtual address space.
3428  *
3429  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3430  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3431  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3432  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3433  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3434  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3435  *      region.
3436  */
3437 vm_offset_t
3438 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3439 {
3440         return PHYS_TO_DMAP(start);
3441 }
3442
3443
3444 /*
3445  * Add a list of wired pages to the kva
3446  * this routine is only used for temporary
3447  * kernel mappings that do not need to have
3448  * page modification or references recorded.
3449  * Note that old mappings are simply written
3450  * over.  The page *must* be wired.
3451  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3452  */
3453 void
3454 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3455 {
3456         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3457         vm_page_t m;
3458         int cache_bits;
3459
3460         oldpte = 0;
3461         pte = vtopte(sva);
3462         endpte = pte + count;
3463         while (pte < endpte) {
3464                 m = *ma++;
3465                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3466                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3467                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3468                         oldpte |= *pte;
3469                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3470                 }
3471                 pte++;
3472         }
3473         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3474                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3475                     PAGE_SIZE);
3476 }
3477
3478 /*
3479  * This routine tears out page mappings from the
3480  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3481  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3482  */
3483 void
3484 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3485 {
3486         vm_offset_t va;
3487
3488         va = sva;
3489         while (count-- > 0) {
3490                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3491                 pmap_kremove(va);
3492                 va += PAGE_SIZE;
3493         }
3494         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3495 }
3496
3497 /***************************************************
3498  * Page table page management routines.....
3499  ***************************************************/
3500 /*
3501  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3502  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3503  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3504  */
3505 static __inline void
3506 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3507     boolean_t set_PG_ZERO)
3508 {
3509
3510         if (set_PG_ZERO)
3511                 m->flags |= PG_ZERO;
3512         else
3513                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3514         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3515 }
3516         
3517 /*
3518  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3519  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3520  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3521  * ordered by this virtual address range.
3522  *
3523  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3524  */
3525 static __inline int
3526 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3527 {
3528
3529         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3530         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3531         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3532 }
3533
3534 /*
3535  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3536  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3537  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3538  * specified virtual address.
3539  */
3540 static __inline vm_page_t
3541 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3542 {
3543
3544         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3545         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3546 }
3547
3548 /*
3549  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3550  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3551  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3552  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3553  */
3554 static inline boolean_t
3555 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3556 {
3557
3558         --m->ref_count;
3559         if (m->ref_count == 0) {
3560                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3561                 return (TRUE);
3562         } else
3563                 return (FALSE);
3564 }
3565
3566 static void
3567 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3568 {
3569
3570         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3571         /*
3572          * unmap the page table page
3573          */
3574         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3575                 /* PDP page */
3576                 pml4_entry_t *pml4;
3577                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3578                 *pml4 = 0;
3579                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3580                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3581                         *pml4 = 0;
3582                 }
3583         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3584                 /* PD page */
3585                 pdp_entry_t *pdp;
3586                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3587                 *pdp = 0;
3588         } else {
3589                 /* PTE page */
3590                 pd_entry_t *pd;
3591                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3592                 *pd = 0;
3593         }
3594         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3595         if (m->pindex < NUPDE) {
3596                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3597                 vm_page_t pdpg;
3598
3599                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3600                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3601         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3602                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3603                 vm_page_t pdppg;
3604
3605                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3606                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3607         }
3608
3609         /* 
3610          * Put page on a list so that it is released after
3611          * *ALL* TLB shootdown is done
3612          */
3613         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3614 }
3615
3616 /*
3617  * After removing a page table entry, this routine is used to
3618  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3619  */
3620 static int
3621 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3622     struct spglist *free)
3623 {
3624         vm_page_t mpte;
3625
3626         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3627                 return (0);
3628         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3629         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3630         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3631 }
3632
3633 /*
3634  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3635  * mapping.
3636  */
3637 static void
3638 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3639 {
3640         struct spglist free;
3641
3642         SLIST_INIT(&free);
3643         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3644                 /*
3645                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3646                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3647                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3648                  */
3649                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3650                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3651         }
3652 }
3653
3654 void
3655 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3656 {
3657         struct proc *p;
3658         struct thread *td;
3659         int i;
3660
3661         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3662         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3663         pmap->pm_pml4u = NULL;
3664         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3665         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3666         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3667         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3668         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3669         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3670         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3671         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3672         CPU_FOREACH(i) {
3673                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3674                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3675         }
3676         pmap_activate_boot(pmap);
3677         td = curthread;
3678         if (pti) {
3679                 p = td->td_proc;
3680                 PROC_LOCK(p);
3681                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3682                 PROC_UNLOCK(p);
3683         }
3684         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3685
3686         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3687                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3688                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3689                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3690         }
3691 }
3692
3693 void
3694 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3695 {
3696         pml4_entry_t *pm_pml4;
3697         int i;
3698
3699         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3700
3701         /* Wire in kernel global address entries. */
3702         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3703                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3704                     X86_PG_V;
3705         }
3706         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3707                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3708                     X86_PG_V;
3709         }
3710
3711         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3712         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3713             X86_PG_A | X86_PG_M;
3714
3715         /* install large map entries if configured */
3716         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3717                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3718 }
3719
3720 static void
3721 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3722 {
3723         pml4_entry_t *pm_pml4;
3724         int i;
3725
3726         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3727         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3728                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3729 }
3730
3731 /*
3732  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3733  * such as one in a vmspace structure.
3734  */
3735 int
3736 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3737 {
3738         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3739         vm_paddr_t pml4phys;
3740         int i;
3741
3742         /*
3743          * allocate the page directory page
3744          */
3745         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3746             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3747
3748         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3749         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3750         CPU_FOREACH(i) {
3751                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3752                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3753         }
3754         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3755         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3756         pmap->pm_pml4u = NULL;
3757
3758         pmap->pm_type = pm_type;
3759         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3760                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3761
3762         /*
3763          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3764          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3765          * address space.
3766          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3767          */
3768         if (pm_type == PT_X86) {
3769                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3770                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3771                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3772                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3773                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3774                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3775                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3776                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3777                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3778                 }
3779                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3780                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3781                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3782                 }
3783         }
3784
3785         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3786         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3787         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3788         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3789         pmap->pm_flags = flags;
3790         pmap->pm_eptgen = 0;
3791
3792         return (1);
3793 }
3794
3795 int
3796 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3797 {
3798
3799         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3800 }
3801
3802 /*
3803  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3804  *
3805  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3806  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3807  *
3808  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3809  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3810  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3811  * race conditions.
3812  *
3813  * The ptepindexes, i.e. page indices, of the page table pages encountered
3814  * while translating virtual address va are defined as follows:
3815  * - for the page table page (last level),
3816  *      ptepindex = pmap_pde_pindex(va) = va >> PDRSHIFT,
3817  *   in other words, it is just the index of the PDE that maps the page
3818  *   table page.
3819  * - for the page directory page,
3820  *      ptepindex = NUPDE (number of userland PD entries) +
3821  *          (pmap_pde_index(va) >> NPDEPGSHIFT)
3822  *   i.e. index of PDPE is put after the last index of PDE,
3823  * - for the page directory pointer page,
3824  *      ptepindex = NUPDE + NUPDPE + (pmap_pde_index(va) >> (NPDEPGSHIFT +
3825  *          NPML4EPGSHIFT),
3826  *   i.e. index of pml4e is put after the last index of PDPE.
3827  *
3828  * Define an order on the paging entries, where all entries of the
3829  * same height are put together, then heights are put from deepest to
3830  * root.  Then ptexpindex is the sequential number of the
3831  * corresponding paging entry in this order.
3832  *
3833  * The root page at PML4 does not participate in this indexing scheme, since
3834  * it is statically allocated by pmap_pinit() and not by _pmap_allocpte().
3835  */
3836 static vm_page_t
3837 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3838 {
3839         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3840         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3841
3842         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3843
3844         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3845         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3846         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3847         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3848
3849         /*
3850          * Allocate a page table page.
3851          */
3852         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3853             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3854                 if (lockp != NULL) {
3855                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3856                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3857                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3858                         vm_wait(NULL);
3859                         PMAP_LOCK(pmap);
3860                 }
3861
3862                 /*
3863                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3864                  * page may have been allocated.
3865                  */
3866                 return (NULL);
3867         }
3868         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3869                 pmap_zero_page(m);
3870
3871         /*
3872          * Map the pagetable page into the process address space, if
3873          * it isn't already there.
3874          */
3875
3876         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3877                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3878                 vm_pindex_t pml4index;
3879
3880                 /* Wire up a new PDPE page */
3881                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3882                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3883                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3884                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3885                         /*
3886                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3887                          * kernel-mode page table no-execute so that
3888                          * we detect any programming errors that leave
3889                          * the kernel-mode page table active on return
3890                          * to user space.
3891                          */
3892                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3893                                 *pml4 |= pg_nx;
3894
3895                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3896                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3897                             PG_A | PG_M;
3898                 }
3899
3900         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3901                 vm_pindex_t pml4index;
3902                 vm_pindex_t pdpindex;
3903                 pml4_entry_t *pml4;
3904                 pdp_entry_t *pdp;
3905
3906                 /* Wire up a new PDE page */
3907                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3908                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3909
3910                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3911                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3912                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3913                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3914                             lockp) == NULL) {
3915                                 vm_page_unwire_noq(m);
3916                                 vm_page_free_zero(m);
3917                                 return (NULL);
3918                         }
3919                 } else {
3920                         /* Add reference to pdp page */
3921                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3922                         pdppg->ref_count++;
3923                 }
3924                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3925
3926                 /* Now find the pdp page */
3927                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3928                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3929
3930         } else {
3931                 vm_pindex_t pml4index;
3932                 vm_pindex_t pdpindex;
3933                 pml4_entry_t *pml4;
3934                 pdp_entry_t *pdp;
3935                 pd_entry_t *pd;
3936
3937                 /* Wire up a new PTE page */
3938                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3939                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3940
3941                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3942                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3943                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3944                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3945                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3946                             lockp) == NULL) {
3947                                 vm_page_unwire_noq(m);
3948                                 vm_page_free_zero(m);
3949                                 return (NULL);
3950                         }
3951                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3952                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3953                 } else {
3954                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3955                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3956                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3957                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3958                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3959                                     lockp) == NULL) {
3960                                         vm_page_unwire_noq(m);
3961                                         vm_page_free_zero(m);
3962                                         return (NULL);
3963                                 }
3964                         } else {
3965                                 /* Add reference to the pd page */
3966                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3967                                 pdpg->ref_count++;
3968                         }
3969                 }
3970                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3971
3972                 /* Now we know where the page directory page is */
3973                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3974                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3975         }
3976
3977         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3978
3979         return (m);
3980 }
3981
3982 static pd_entry_t *
3983 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
3984     struct rwlock **lockp)
3985 {
3986         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3987         pd_entry_t *pde;
3988         vm_page_t pdpg;
3989         vm_pindex_t pdpindex;
3990
3991         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3992
3993 retry:
3994         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3995         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3996                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3997                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3998                         /* Add a reference to the pd page. */
3999                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
4000                         pdpg->ref_count++;
4001                 } else
4002                         pdpg = NULL;
4003         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4004                 /* Allocate a pd page. */
4005                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
4006                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
4007                 if (pdpg == NULL) {
4008                         if (lockp != NULL)
4009                                 goto retry;
4010                         else
4011                                 return (NULL);
4012                 }
4013                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4014                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
4015         } else
4016                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
4017                     va);
4018         *pdpgp = pdpg;
4019         return (pde);
4020 }
4021
4022 static vm_page_t
4023 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
4024 {
4025         vm_pindex_t ptepindex;
4026         pd_entry_t *pd, PG_V;
4027         vm_page_t m;
4028
4029         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4030
4031         /*
4032          * Calculate pagetable page index
4033          */
4034         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4035 retry:
4036         /*
4037          * Get the page directory entry
4038          */
4039         pd = pmap_pde(pmap, va);
4040
4041         /*
4042          * This supports switching from a 2MB page to a
4043          * normal 4K page.
4044          */
4045         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4046                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4047                         /*
4048                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4049                          * the deallocation of the underlying PD page.
4050                          */
4051                         pd = NULL;
4052                 }
4053         }
4054
4055         /*
4056          * If the page table page is mapped, we just increment the
4057          * hold count, and activate it.
4058          */
4059         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4060                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4061                 m->ref_count++;
4062         } else {
4063                 /*
4064                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4065                  * deallocated.
4066                  */
4067                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
4068                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4069                         goto retry;
4070         }
4071         return (m);
4072 }
4073
4074
4075 /***************************************************
4076  * Pmap allocation/deallocation routines.
4077  ***************************************************/
4078
4079 /*
4080  * Release any resources held by the given physical map.
4081  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4082  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4083  */
4084 void
4085 pmap_release(pmap_t pmap)
4086 {
4087         vm_page_t m;
4088         int i;
4089
4090         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4091             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
4092             pmap->pm_stats.resident_count));
4093         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4094             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
4095         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4096             ("releasing active pmap %p", pmap));
4097
4098         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
4099
4100         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4101                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
4102         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4103                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
4104         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
4105         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4106                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
4107
4108         vm_page_unwire_noq(m);
4109         vm_page_free_zero(m);
4110
4111         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
4112                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
4113                 vm_page_unwire_noq(m);
4114                 vm_page_free(m);
4115         }
4116         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4117             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4118                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4119 }
4120
4121 static int
4122 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4123 {
4124         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4125
4126         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4127 }
4128 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4129     0, 0, kvm_size, "LU",
4130     "Size of KVM");
4131
4132 static int
4133 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4134 {
4135         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4136
4137         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4138 }
4139 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4140     0, 0, kvm_free, "LU",
4141     "Amount of KVM free");
4142
4143 /*
4144  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4145  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4146  */
4147 void
4148 pmap_page_array_startup(long pages)
4149 {
4150         pdp_entry_t *pdpe;
4151         pd_entry_t *pde, newpdir;
4152         vm_offset_t va, start, end;
4153         vm_paddr_t pa;
4154         long pfn;
4155         int domain, i;
4156
4157         vm_page_array_size = pages;
4158
4159         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4160         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4161         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4162                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4163                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4164                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4165                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4166                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4167                         dump_add_page(pa);
4168                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4169                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4170                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4171                 }
4172                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4173                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4174                         panic("Unexpected pde");
4175                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4176                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4177                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4178                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4179                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4180                 pde_store(pde, newpdir);
4181         }
4182         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4183 }
4184
4185 /*
4186  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4187  */
4188 void
4189 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4190 {
4191         vm_paddr_t paddr;
4192         vm_page_t nkpg;
4193         pd_entry_t *pde, newpdir;
4194         pdp_entry_t *pdpe;
4195
4196         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4197
4198         /*
4199          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4200          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4201          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4202          *
4203          * The correctness of this action is based on the following
4204          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4205          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4206          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4207          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4208          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4209          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4210          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4211          * "KERNBASE".
4212          */
4213         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4214                 return;
4215
4216         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4217         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4218                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4219         while (kernel_vm_end < addr) {
4220                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4221                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4222                         /* We need a new PDP entry */
4223                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4224                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4225                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4226                         if (nkpg == NULL)
4227                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4228                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4229                                 pmap_zero_page(nkpg);
4230                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4231                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4232                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4233                         continue; /* try again */
4234                 }
4235                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4236                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4237                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4238                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4239                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4240                                 break;                       
4241                         }
4242                         continue;
4243                 }
4244
4245                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4246                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4247                     VM_ALLOC_ZERO);
4248                 if (nkpg == NULL)
4249                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4250                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4251                         pmap_zero_page(nkpg);
4252                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4253                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4254                 pde_store(pde, newpdir);
4255
4256                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4257                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4258                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4259                         break;                       
4260                 }
4261         }
4262 }
4263
4264
4265 /***************************************************
4266  * page management routines.
4267  ***************************************************/
4268
4269 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4270 CTASSERT(_NPCM == 3);
4271 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4272
4273 static __inline struct pv_chunk *
4274 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4275 {
4276
4277         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4278 }
4279
4280 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4281
4282 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4283 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4284 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4285
4286 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4287
4288 #ifdef PV_STATS
4289 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4290
4291 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4292         "Current number of pv entry chunks");
4293 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4294         "Current number of pv entry chunks allocated");
4295 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4296         "Current number of pv entry chunks frees");
4297 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4298         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4299
4300 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4301 static int pv_entry_spare;
4302
4303 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4304         "Current number of pv entry frees");
4305 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4306         "Current number of pv entry allocs");
4307 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4308         "Current number of pv entries");
4309 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4310         "Current number of spare pv entries");
4311 #endif
4312
4313 static void
4314 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4315 {
4316
4317         if (pmap == NULL)
4318                 return;
4319         pmap_invalidate_all(pmap);
4320         if (pmap != locked_pmap)
4321                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4322         if (start_di)
4323                 pmap_delayed_invl_finish();
4324 }
4325
4326 /*
4327  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4328  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4329  * another pv entry chunk.
4330  *
4331  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4332  *
4333  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4334  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4335  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4336  */
4337 static vm_page_t
4338 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4339 {
4340         struct pv_chunks_list *pvc;
4341         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4342         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4343         struct md_page *pvh;
4344         pd_entry_t *pde;
4345         pmap_t next_pmap, pmap;
4346         pt_entry_t *pte, tpte;
4347         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4348         pv_entry_t pv;
4349         vm_offset_t va;
4350         vm_page_t m, m_pc;
4351         struct spglist free;
4352         uint64_t inuse;
4353         int bit, field, freed;
4354         bool start_di, restart;
4355
4356         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4357         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4358         pmap = NULL;
4359         m_pc = NULL;
4360         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4361         SLIST_INIT(&free);
4362         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4363         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4364         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4365         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4366
4367         /*
4368          * A delayed invalidation block should already be active if
4369          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4370          * of pmap_demote_pde_locked().
4371          */
4372         start_di = pmap_not_in_di();
4373
4374         pvc = &pv_chunks[domain];
4375         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4376         pvc->active_reclaims++;
4377         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4378         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4379         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4380             SLIST_EMPTY(&free)) {
4381                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4382                 if (next_pmap == NULL) {
4383                         /*
4384                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4385                          * not our marker, so active_reclaims must be
4386                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4387                          * will not rotate the pv_chunks list.
4388                          */
4389                         goto next_chunk;
4390                 }
4391                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4392
4393                 /*
4394                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4395                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4396                  * corresponding pmap is locked.
4397                  */
4398                 if (pmap != next_pmap) {
4399                         restart = false;
4400                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4401                             start_di);
4402                         pmap = next_pmap;
4403                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4404                         if (pmap > locked_pmap) {
4405                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4406                                 PMAP_LOCK(pmap);
4407                                 if (start_di)
4408                                         pmap_delayed_invl_start();
4409                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4410                                 restart = true;
4411                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4412                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4413                                         if (start_di)
4414                                                 pmap_delayed_invl_start();
4415                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4416                                         restart = true;
4417                                 } else {
4418                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4419                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4420                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4421                                         if (pc == NULL ||
4422                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4423                                                 continue;
4424                                         goto next_chunk;
4425                                 }
4426                         } else if (start_di)
4427                                 pmap_delayed_invl_start();
4428                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4429                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4430                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4431                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4432                         if (restart)
4433                                 continue;
4434                 }
4435
4436                 /*
4437                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4438                  */
4439                 freed = 0;
4440                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4441                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4442                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4443                                 bit = bsfq(inuse);
4444                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4445                                 va = pv->pv_va;
4446                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4447                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4448                                         continue;
4449                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4450                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4451                                         continue;
4452                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4453                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4454                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4455                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4456                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4457                                         vm_page_dirty(m);
4458                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4459                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4460                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4461                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4462                                 m->md.pv_gen++;
4463                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4464                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4465                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4466                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4467                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4468                                                     PGA_WRITEABLE);
4469                                         }
4470                                 }
4471                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4472                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4473                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4474                                 freed++;
4475                         }
4476                 }
4477                 if (freed == 0) {
4478                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4479                         goto next_chunk;
4480                 }
4481                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4482                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4483                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4484                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4485                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4486                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4487                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4488                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4489                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4490                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4491                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4492                         /* Entire chunk is free; return it. */
4493                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4494                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4495                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4496                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4497                         break;
4498                 }
4499                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4500                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4501                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4502                 if (pmap == locked_pmap)
4503                         break;
4504 next_chunk:
4505                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4506                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4507                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4508                         /*
4509                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4510                          * scan the same pv chunks that could not be
4511                          * freed (because they contained a wired
4512                          * and/or superpage mapping) on every
4513                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4514                          */
4515                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4516                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4517                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4518                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4519                         }
4520                 }
4521         }
4522         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4523         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4524         pvc->active_reclaims--;
4525         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4526         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4527         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4528                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4529                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4530                 /* Recycle a freed page table page. */
4531                 m_pc->ref_count = 1;
4532         }
4533         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4534         return (m_pc);
4535 }
4536
4537 static vm_page_t
4538 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4539 {
4540         vm_page_t m;
4541         int i, domain;
4542
4543         domain = PCPU_GET(domain);
4544         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4545                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4546                 if (m != NULL)
4547                         break;
4548                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4549         }
4550
4551         return (m);
4552 }
4553
4554 /*
4555  * free the pv_entry back to the free list
4556  */
4557 static void
4558 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4559 {
4560         struct pv_chunk *pc;
4561         int idx, field, bit;
4562
4563         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4564         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4565         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4566         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4567         pc = pv_to_chunk(pv);
4568         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4569         field = idx / 64;
4570         bit = idx % 64;
4571         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4572         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4573             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4574                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4575                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4576                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4577                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4578                 }
4579                 return;
4580         }
4581         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4582         free_pv_chunk(pc);
4583 }
4584
4585 static void
4586 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4587 {
4588         vm_page_t m;
4589
4590         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4591         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4592         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4593         /* entire chunk is free, return it */
4594         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4595         dump_drop_page(m->phys_addr);
4596         vm_page_unwire_noq(m);
4597         vm_page_free(m);
4598 }
4599
4600 static void
4601 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4602 {
4603         struct pv_chunks_list *pvc;
4604
4605         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4606         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4607         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4608         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4609         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4610 }
4611
4612 static void
4613 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4614 {
4615         struct pv_chunks_list *pvc;
4616         struct pv_chunk *pc, *npc;
4617         int i;
4618
4619         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4620                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
4621                         continue;
4622                 pvc = &pv_chunks[i];
4623                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4624                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
4625                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4626                 }
4627                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4628         }
4629
4630         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4631                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
4632                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4633                 }
4634         }
4635 }
4636
4637 /*
4638  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4639  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4640  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4641  * returned.
4642  *
4643  * The given PV list lock may be released.
4644  */
4645 static pv_entry_t
4646 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4647 {
4648         struct pv_chunks_list *pvc;
4649         int bit, field;
4650         pv_entry_t pv;
4651         struct pv_chunk *pc;
4652         vm_page_t m;
4653
4654         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4655         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4656 retry:
4657         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4658         if (pc != NULL) {
4659                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4660                         if (pc->pc_map[field]) {
4661                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4662                                 break;
4663                         }
4664                 }
4665                 if (field < _NPCM) {
4666                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4667                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4668                         /* If this was the last item, move it to tail */
4669                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4670                             pc->pc_map[2] == 0) {
4671                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4672                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4673                                     pc_list);
4674                         }
4675                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4676                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4677                         return (pv);
4678                 }
4679         }
4680         /* No free items, allocate another chunk */
4681         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4682             VM_ALLOC_WIRED);
4683         if (m == NULL) {
4684                 if (lockp == NULL) {
4685                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4686                         return (NULL);
4687                 }
4688                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4689                 if (m == NULL)
4690                         goto retry;
4691         }
4692         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4693         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4694         dump_add_page(m->phys_addr);
4695         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4696         pc->pc_pmap = pmap;
4697         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4698         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4699         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4700         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
4701         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4702         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4703         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4704         pv = &pc->pc_pventry[0];
4705         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4706         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4707         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4708         return (pv);
4709 }
4710
4711 /*
4712  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4713  *
4714  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4715  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4716  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4717  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4718  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4719  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4720  * as well.
4721  *
4722  * Reference numbers for erratas are
4723  * 4th Gen Core: HSD146
4724  * 5th Gen Core: BDM85
4725  * 6th Gen Core: SKL029
4726  */
4727 static int
4728 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4729 {
4730         u_long result, tmp;
4731
4732         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4733             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4734             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4735             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4736             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4737         return (result);
4738 }
4739
4740 /*
4741  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4742  * exceeds the given count, "needed".
4743  *
4744  * The given PV list lock may be released.
4745  */
4746 static void
4747 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4748 {
4749         struct pv_chunks_list *pvc;
4750         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
4751         struct pv_chunk *pc;
4752         vm_page_t m;
4753         int avail, free, i;
4754         bool reclaimed;
4755
4756         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4757         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4758
4759         /*
4760          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4761          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4762          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4763          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4764          */
4765         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
4766                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
4767 retry:
4768         avail = 0;
4769         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4770 #ifndef __POPCNT__
4771                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4772                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4773                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4774                 else
4775 #endif
4776                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4777                 if (free == 0)
4778                         break;
4779                 avail += free;
4780                 if (avail >= needed)
4781                         break;
4782         }
4783         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4784                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4785                     VM_ALLOC_WIRED);
4786                 if (m == NULL) {
4787                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4788                         if (m == NULL)
4789                                 goto retry;
4790                         reclaimed = true;
4791                 }
4792                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4793                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4794                 dump_add_page(m->phys_addr);
4795                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4796                 pc->pc_pmap = pmap;
4797                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4798                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4799                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4800                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4801                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
4802                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4803
4804                 /*
4805                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4806                  * If that chunk contained available entries, we need to
4807                  * re-count the number of available entries.
4808                  */
4809                 if (reclaimed)
4810                         goto retry;
4811         }
4812         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4813                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
4814                         continue;
4815                 pvc = &pv_chunks[i];
4816                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4817                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
4818                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4819         }
4820 }
4821
4822 /*
4823  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4824  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4825  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4826  * 2MB page mappings.
4827  */
4828 static __inline pv_entry_t
4829 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4830 {
4831         pv_entry_t pv;
4832
4833         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4834                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4835                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4836                         pvh->pv_gen++;
4837                         break;
4838                 }
4839         }
4840         return (pv);
4841 }
4842
4843 /*
4844  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4845  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4846  * entries for each of the 4KB page mappings.
4847  */
4848 static void
4849 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4850     struct rwlock **lockp)
4851 {
4852         struct md_page *pvh;
4853         struct pv_chunk *pc;
4854         pv_entry_t pv;
4855         vm_offset_t va_last;
4856         vm_page_t m;
4857         int bit, field;
4858
4859         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4860         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4861             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4862         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4863
4864         /*
4865          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4866          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4867          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4868          */
4869         pvh = pa_to_pvh(pa);
4870         va = trunc_2mpage(va);
4871         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4872         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4873         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4874         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4875         m->md.pv_gen++;
4876         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4877         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4878         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4879         for (;;) {
4880                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4881                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4882                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4883                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4884                         while (pc->pc_map[field]) {
4885                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4886                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4887                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4888                                 va += PAGE_SIZE;
4889                                 pv->pv_va = va;
4890                                 m++;
4891                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4892                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4893                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4894                                 m->md.pv_gen++;
4895                                 if (va == va_last)
4896                                         goto out;
4897                         }
4898                 }
4899                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4900                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4901         }
4902 out:
4903         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4904                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4905                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4906         }
4907         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4908         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4909 }
4910
4911 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4912 /*
4913  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4914  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4915  * for the 2MB page mapping.
4916  */
4917 static void
4918 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4919     struct rwlock **lockp)
4920 {
4921         struct md_page *pvh;
4922         pv_entry_t pv;
4923         vm_offset_t va_last;
4924         vm_page_t m;
4925
4926         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4927             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4928         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4929
4930         /*
4931          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4932          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4933          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4934          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4935          * mappings that is being promoted.
4936          */
4937         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4938         va = trunc_2mpage(va);
4939         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4940         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4941         pvh = pa_to_pvh(pa);
4942         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4943         pvh->pv_gen++;
4944         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4945         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4946         do {
4947                 m++;
4948                 va += PAGE_SIZE;
4949                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4950         } while (va < va_last);
4951 }
4952 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4953
4954 /*
4955  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4956  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4957  * page mappings.
4958  */
4959 static void
4960 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4961 {
4962         pv_entry_t pv;
4963
4964         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4965         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4966         free_pv_entry(pmap, pv);
4967 }
4968
4969 /*
4970  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4971  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4972  */
4973 static boolean_t
4974 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4975     struct rwlock **lockp)
4976 {
4977         pv_entry_t pv;
4978
4979         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4980         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4981         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4982                 pv->pv_va = va;
4983                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4984                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4985                 m->md.pv_gen++;
4986                 return (TRUE);
4987         } else
4988                 return (FALSE);
4989 }
4990
4991 /*
4992  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4993  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4994  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4995  */
4996 static bool
4997 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4998     struct rwlock **lockp)
4999 {
5000         struct md_page *pvh;
5001         pv_entry_t pv;
5002         vm_paddr_t pa;
5003
5004         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5005         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
5006         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
5007             NULL : lockp)) == NULL)
5008                 return (false);
5009         pv->pv_va = va;
5010         pa = pde & PG_PS_FRAME;
5011         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
5012         pvh = pa_to_pvh(pa);
5013         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5014         pvh->pv_gen++;
5015         return (true);
5016 }
5017
5018 /*
5019  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
5020  */
5021 static void
5022 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
5023 {
5024         pt_entry_t *pte;
5025
5026         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5027                 *pte = newpte;
5028                 newpte += PAGE_SIZE;
5029         }
5030 }
5031
5032 /*
5033  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5034  * mapping is invalidated.
5035  */
5036 static boolean_t
5037 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5038 {
5039         struct rwlock *lock;
5040         boolean_t rv;
5041
5042         lock = NULL;
5043         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5044         if (lock != NULL)
5045                 rw_wunlock(lock);
5046         return (rv);
5047 }
5048
5049 static void
5050 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5051 {
5052 #ifdef INVARIANTS
5053 #ifdef DIAGNOSTIC
5054         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5055
5056         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5057             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5058                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5059                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5060                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5061                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5062                         printf("page table dump\n");
5063                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5064                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5065                         panic("firstpte");
5066                 }
5067         }
5068 #else
5069         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5070             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5071             " addresses"));
5072 #endif
5073 #endif
5074 }
5075
5076 static void
5077 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5078     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5079 {
5080         struct spglist free;
5081         vm_offset_t sva;
5082
5083         SLIST_INIT(&free);
5084         sva = trunc_2mpage(va);
5085         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5086         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5087                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5088         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5089         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5090             va, pmap);
5091 }
5092
5093 static boolean_t
5094 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5095     struct rwlock **lockp)
5096 {
5097         pd_entry_t newpde, oldpde;
5098         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5099         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5100         vm_paddr_t mptepa;
5101         vm_page_t mpte;
5102         int PG_PTE_CACHE;
5103         bool in_kernel;
5104
5105         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5106         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5107         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5108         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5109         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5110         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5111         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5112
5113         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5114         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5115         oldpde = *pde;
5116         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5117             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5118
5119         /*
5120          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5121          * mapping was never accessed.
5122          */
5123         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5124                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5125                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5126                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5127                 return (FALSE);
5128         }
5129
5130         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5131         if (mpte == NULL) {
5132                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5133                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5134                     " is missing"));
5135
5136                 /*
5137                  * If the page table page is missing and the mapping
5138                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5139                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5140                  * for every other part of the kernel address space,
5141                  * so the direct map region is the only part of the
5142                  * kernel address space that must be handled here.
5143                  */
5144                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5145                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5146                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5147
5148                 /*
5149                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5150                  * region of the kernel's address space, then the page
5151                  * allocation request specifies the highest possible
5152                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5153                  * priority is normal.
5154                  */
5155                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5156                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5157                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5158
5159                 /*
5160                  * If the allocation of the new page table page fails,
5161                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5162                  */
5163                 if (mpte == NULL) {
5164                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5165                         return (FALSE);
5166                 }
5167
5168                 if (!in_kernel) {
5169                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5170                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5171                 }
5172         }
5173         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5174         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5175         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5176         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5177             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5178         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5179         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5180
5181         /*
5182          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5183          * initialize it.
5184          */
5185         if (mpte->valid == 0)
5186                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5187
5188         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5189
5190         /*
5191          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5192          * entries.
5193          */
5194         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5195                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5196
5197         /*
5198          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5199          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5200          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5201          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5202          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5203          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5204          */
5205         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5206                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5207
5208         /*
5209          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5210          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5211          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5212          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5213          * the read above and the store below. 
5214          */
5215         if (workaround_erratum383)
5216                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5217         else
5218                 pde_store(pde, newpde);
5219
5220         /*
5221          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5222          */
5223         if (in_kernel)
5224                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5225
5226         /*
5227          * Demote the PV entry.
5228          */
5229         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5230                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5231
5232         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5233         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5234             va, pmap);
5235         return (TRUE);
5236 }
5237
5238 /*
5239  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5240  */
5241 static void
5242 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5243 {
5244         pd_entry_t newpde;
5245         vm_paddr_t mptepa;
5246         vm_page_t mpte;
5247
5248         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5249         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5250         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5251         if (mpte == NULL)
5252                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5253
5254         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5255         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5256
5257         /*
5258          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5259          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5260          */
5261         if (mpte->valid != 0)
5262                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5263
5264         /*
5265          * Demote the mapping.
5266          */
5267         if (workaround_erratum383)
5268                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5269         else
5270                 pde_store(pde, newpde);
5271
5272         /*
5273          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5274          */
5275         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5276 }
5277
5278 /*
5279  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5280  */
5281 static int
5282 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5283     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5284 {
5285         struct md_page *pvh;
5286         pd_entry_t oldpde;
5287         vm_offset_t eva, va;
5288         vm_page_t m, mpte;
5289         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5290
5291         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5292         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5293         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5294         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5295
5296         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5297         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5298             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5299         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5300         if (oldpde & PG_W)
5301                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5302         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5303                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5304         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5305         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5306                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5307                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5308                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5309                 eva = sva + NBPDR;
5310                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5311                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5312                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5313                                 vm_page_dirty(m);
5314                         if (oldpde & PG_A)
5315                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5316                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5317                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5318                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5319                         pmap_delayed_invl_page(m);
5320                 }
5321         }
5322         if (pmap == kernel_pmap) {
5323                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5324         } else {
5325                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5326                 if (mpte != NULL) {
5327                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5328                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5329                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5330                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5331                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5332                         mpte->ref_count = 0;
5333                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5334                 }
5335         }
5336         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5337 }
5338
5339 /*
5340  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5341  */
5342 static int
5343 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5344     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5345 {
5346         struct md_page *pvh;
5347         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5348         vm_page_t m;
5349
5350         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5351         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5352         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5353
5354         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5355         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5356         if (oldpte & PG_W)
5357                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5358         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5359         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5360                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5361                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5362                         vm_page_dirty(m);
5363                 if (oldpte & PG_A)
5364                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5365                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5366                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5367                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5368                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5369                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5370                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5371                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5372                 }
5373                 pmap_delayed_invl_page(m);
5374         }
5375         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5376 }
5377
5378 /*
5379  * Remove a single page from a process address space
5380  */
5381 static void
5382 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5383     struct spglist *free)
5384 {
5385         struct rwlock *lock;
5386         pt_entry_t *pte, PG_V;
5387
5388         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5389         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5390         if ((*pde & PG_V) == 0)
5391                 return;
5392         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5393         if ((*pte & PG_V) == 0)
5394                 return;
5395         lock = NULL;
5396         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5397         if (lock != NULL)
5398                 rw_wunlock(lock);
5399         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5400 }
5401
5402 /*
5403  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5404  */
5405 static bool
5406 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5407     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5408 {
5409         pt_entry_t PG_G, *pte;
5410         vm_offset_t va;
5411         bool anyvalid;
5412
5413         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5414         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5415         anyvalid = false;
5416         va = eva;
5417         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5418             sva += PAGE_SIZE) {
5419                 if (*pte == 0) {
5420                         if (va != eva) {
5421                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5422                                 va = eva;
5423                         }
5424                         continue;
5425                 }
5426                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5427                         anyvalid = true;
5428                 else if (va == eva)
5429                         va = sva;
5430                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5431                         sva += PAGE_SIZE;
5432                         break;
5433                 }
5434         }
5435         if (va != eva)
5436                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5437         return (anyvalid);
5438 }
5439
5440 /*
5441  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5442  *
5443  *      It is assumed that the start and end are properly
5444  *      rounded to the page size.
5445  */
5446 void
5447 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5448 {
5449         struct rwlock *lock;
5450         vm_offset_t va_next;
5451         pml4_entry_t *pml4e;
5452         pdp_entry_t *pdpe;
5453         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5454         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5455         struct spglist free;
5456         int anyvalid;
5457
5458         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5459         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5460
5461         /*
5462          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5463          */
5464         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5465                 return;
5466
5467         anyvalid = 0;
5468         SLIST_INIT(&free);
5469
5470         pmap_delayed_invl_start();
5471         PMAP_LOCK(pmap);
5472         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5473
5474         /*
5475          * special handling of removing one page.  a very
5476          * common operation and easy to short circuit some
5477          * code.
5478          */
5479         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5480                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5481                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5482                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5483                         goto out;
5484                 }
5485         }
5486
5487         lock = NULL;
5488         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5489
5490                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5491                         break;
5492
5493                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5494                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5495                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5496                         if (va_next < sva)
5497                                 va_next = eva;
5498                         continue;
5499                 }
5500
5501                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5502                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5503                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5504                         if (va_next < sva)
5505                                 va_next = eva;
5506                         continue;
5507                 }
5508
5509                 /*
5510                  * Calculate index for next page table.
5511                  */
5512                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5513                 if (va_next < sva)
5514                         va_next = eva;
5515
5516                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5517                 ptpaddr = *pde;
5518
5519                 /*
5520                  * Weed out invalid mappings.
5521                  */
5522                 if (ptpaddr == 0)
5523                         continue;
5524
5525                 /*
5526                  * Check for large page.
5527                  */
5528                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5529                         /*
5530                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5531                          * demote the mapping and fall through.
5532                          */
5533                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5534                                 /*
5535                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5536                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5537                                  */
5538                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5539                                         anyvalid = 1;
5540                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5541                                 continue;
5542                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5543                             &lock)) {
5544                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5545                                 continue;
5546                         } else
5547                                 ptpaddr = *pde;
5548                 }
5549
5550                 /*
5551                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5552                  * by the current page table page, or to the end of the
5553                  * range being removed.
5554                  */
5555                 if (va_next > eva)
5556                         va_next = eva;
5557
5558                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5559                         anyvalid = 1;
5560         }
5561         if (lock != NULL)
5562                 rw_wunlock(lock);
5563 out:
5564         if (anyvalid)
5565                 pmap_invalidate_all(pmap);
5566         PMAP_UNLOCK(pmap);
5567         pmap_delayed_invl_finish();
5568         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5569 }
5570
5571 /*
5572  *      Routine:        pmap_remove_all
5573  *      Function:
5574  *              Removes this physical page from
5575  *              all physical maps in which it resides.
5576  *              Reflects back modify bits to the pager.
5577  *
5578  *      Notes:
5579  *              Original versions of this routine were very
5580  *              inefficient because they iteratively called
5581  *              pmap_remove (slow...)
5582  */
5583
5584 void
5585 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5586 {
5587         struct md_page *pvh;
5588         pv_entry_t pv;
5589         pmap_t pmap;
5590         struct rwlock *lock;
5591         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5592         pd_entry_t *pde;
5593         vm_offset_t va;
5594         struct spglist free;
5595         int pvh_gen, md_gen;
5596
5597         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5598             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5599         SLIST_INIT(&free);
5600         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5601         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5602             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5603 retry:
5604         rw_wlock(lock);
5605         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5606                 pmap = PV_PMAP(pv);
5607                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5608                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5609                         rw_wunlock(lock);
5610                         PMAP_LOCK(pmap);
5611                         rw_wlock(lock);
5612                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5613                                 rw_wunlock(lock);
5614                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5615                                 goto retry;
5616                         }
5617                 }
5618                 va = pv->pv_va;
5619                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5620                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5621                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5622         }
5623         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5624                 pmap = PV_PMAP(pv);
5625                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5626                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5627                         md_gen = m->md.pv_gen;
5628                         rw_wunlock(lock);
5629                         PMAP_LOCK(pmap);
5630                         rw_wlock(lock);
5631                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5632                                 rw_wunlock(lock);
5633                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5634                                 goto retry;
5635                         }
5636                 }
5637                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5638                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5639                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5640                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5641                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5642                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5643                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5644                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5645                 tpte = pte_load_clear(pte);
5646                 if (tpte & PG_W)
5647                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5648                 if (tpte & PG_A)
5649                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5650
5651                 /*
5652                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5653                  */
5654                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5655                         vm_page_dirty(m);
5656                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5657                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5658                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5659                 m->md.pv_gen++;
5660                 free_pv_entry(pmap, pv);
5661                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5662         }
5663         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5664         rw_wunlock(lock);
5665         pmap_delayed_invl_wait(m);
5666         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5667 }
5668
5669 /*
5670  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5671  */
5672 static boolean_t
5673 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5674 {
5675         pd_entry_t newpde, oldpde;
5676         vm_page_t m, mt;
5677         boolean_t anychanged;
5678         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5679
5680         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5681         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5682         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5683
5684         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5685         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5686             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5687         anychanged = FALSE;
5688 retry:
5689         oldpde = newpde = *pde;
5690         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5691                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5692                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5693                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5694                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5695                                 vm_page_dirty(mt);
5696                 }
5697                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5698         }
5699         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5700                 newpde |= pg_nx;
5701         if (newpde != oldpde) {
5702                 /*
5703                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5704                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5705                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5706                  */
5707                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5708                         goto retry;
5709                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5710                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5711                 else
5712                         anychanged = TRUE;
5713         }
5714         return (anychanged);
5715 }
5716
5717 /*
5718  *      Set the physical protection on the
5719  *      specified range of this map as requested.
5720  */
5721 void
5722 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5723 {
5724         vm_offset_t va_next;
5725         pml4_entry_t *pml4e;
5726         pdp_entry_t *pdpe;
5727         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5728         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5729         boolean_t anychanged;
5730
5731         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5732         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5733                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5734                 return;
5735         }
5736
5737         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5738             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5739                 return;
5740
5741         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5742         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5743         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5744         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5745         anychanged = FALSE;
5746
5747         /*
5748          * Although this function delays and batches the invalidation
5749          * of stale TLB entries, it does not need to call
5750          * pmap_delayed_invl_start() and
5751          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5752          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5753          * protection-only changes need only be invalidated before the
5754          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5755          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5756          * a physical page's PV list of mappings, like
5757          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5758          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5759          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5760          * updates.
5761          *
5762          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5763          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5764          * invalidated.
5765          */
5766         
5767         PMAP_LOCK(pmap);
5768         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5769
5770                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5771                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5772                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5773                         if (va_next < sva)
5774                                 va_next = eva;
5775                         continue;
5776                 }
5777
5778                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5779                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5780                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5781                         if (va_next < sva)
5782                                 va_next = eva;
5783                         continue;
5784                 }
5785
5786                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5787                 if (va_next < sva)
5788                         va_next = eva;
5789
5790                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5791                 ptpaddr = *pde;
5792
5793                 /*
5794                  * Weed out invalid mappings.
5795                  */
5796                 if (ptpaddr == 0)
5797                         continue;
5798
5799                 /*
5800                  * Check for large page.
5801                  */
5802                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5803                         /*
5804                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5805                          * demote the mapping and fall through.
5806                          */
5807                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5808                                 /*
5809                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5810                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5811                                  */
5812                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5813                                         anychanged = TRUE;
5814                                 continue;
5815                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5816                                 /*
5817                                  * The large page mapping was destroyed.
5818                                  */
5819                                 continue;
5820                         }
5821                 }
5822
5823                 if (va_next > eva)
5824                         va_next = eva;
5825
5826                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5827                     sva += PAGE_SIZE) {
5828                         pt_entry_t obits, pbits;
5829                         vm_page_t m;
5830
5831 retry:
5832                         obits = pbits = *pte;
5833                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5834                                 continue;
5835
5836                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5837                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5838                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5839                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5840                                         vm_page_dirty(m);
5841                                 }
5842                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5843                         }
5844                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5845                                 pbits |= pg_nx;
5846
5847                         if (pbits != obits) {
5848                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5849                                         goto retry;
5850                                 if (obits & PG_G)
5851                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5852                                 else
5853                                         anychanged = TRUE;
5854                         }
5855                 }
5856         }
5857         if (anychanged)
5858                 pmap_invalidate_all(pmap);
5859         PMAP_UNLOCK(pmap);
5860 }
5861
5862 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5863 static bool
5864 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5865 {
5866
5867         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5868                 return (false);
5869         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5870 }
5871
5872 /*
5873  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5874  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5875  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5876  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5877  * identical characteristics. 
5878  */
5879 static void
5880 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5881     struct rwlock **lockp)
5882 {
5883         pd_entry_t newpde;
5884         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5885         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5886         vm_page_t mpte;
5887         int PG_PTE_CACHE;
5888
5889         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5890         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5891         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5892         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5893         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5894         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5895         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5896
5897         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5898
5899         /*
5900          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5901          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5902          * within a 2MB page. 
5903          */
5904         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5905 setpde:
5906         newpde = *firstpte;
5907         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5908             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5909             newpde))) {
5910                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5911                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5912                     " in pmap %p", va, pmap);
5913                 return;
5914         }
5915         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5916                 /*
5917                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5918                  * a TLB invalidation.
5919                  */
5920                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5921                         goto setpde;
5922                 newpde &= ~PG_RW;
5923         }
5924
5925         /*
5926          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5927          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5928          * characteristics to the first PTE.
5929          */
5930         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5931         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5932 setpte:
5933                 oldpte = *pte;
5934                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5935                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5936                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5937                             " in pmap %p", va, pmap);
5938                         return;
5939                 }
5940                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5941                         /*
5942                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5943                          * without a TLB invalidation.
5944                          */
5945                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5946                                 goto setpte;
5947                         oldpte &= ~PG_RW;
5948                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5949                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5950                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5951                 }
5952                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5953                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5954                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5955                             " in pmap %p", va, pmap);
5956                         return;
5957                 }
5958                 pa -= PAGE_SIZE;
5959         }
5960
5961         /*
5962          * Save the page table page in its current state until the PDE
5963          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5964          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5965          */
5966         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5967         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5968             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5969             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5970         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5971             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5972         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5973                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5974                 CTR2(KTR_PMAP,
5975                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5976                     pmap);
5977                 return;
5978         }
5979
5980         /*
5981          * Promote the pv entries.
5982          */
5983         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5984                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5985
5986         /*
5987          * Propagate the PAT index to its proper position.
5988          */
5989         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5990
5991         /*
5992          * Map the superpage.
5993          */
5994         if (workaround_erratum383)
5995                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5996         else
5997                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5998
5999         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
6000         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
6001             " in pmap %p", va, pmap);
6002 }
6003 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
6004
6005 /*
6006  *      Insert the given physical page (p) at
6007  *      the specified virtual address (v) in the
6008  *      target physical map with the protection requested.
6009  *
6010  *      If specified, the page will be wired down, meaning
6011  *      that the related pte can not be reclaimed.
6012  *
6013  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
6014  *      or lose information.  That is, this routine must actually
6015  *      insert this page into the given map NOW.
6016  *
6017  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
6018  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
6019  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
6020  */
6021 int
6022 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6023     u_int flags, int8_t psind)
6024 {
6025         struct rwlock *lock;
6026         pd_entry_t *pde;
6027         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6028         pt_entry_t newpte, origpte;
6029         pv_entry_t pv;
6030         vm_paddr_t opa, pa;
6031         vm_page_t mpte, om;
6032         int rv;
6033         boolean_t nosleep;
6034
6035         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6036         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6037         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6038         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6039         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6040
6041         va = trunc_page(va);
6042         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6043         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6044             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6045             va));
6046         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6047             va >= kmi.clean_eva,
6048             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6049         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6050                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6051         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6052             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6053         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6054         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6055         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6056                 newpte |= PG_M;
6057         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6058                 newpte |= PG_RW;
6059         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6060             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6061         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6062                 newpte |= pg_nx;
6063         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6064                 newpte |= PG_W;
6065         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6066                 newpte |= PG_U;
6067         if (pmap == kernel_pmap)
6068                 newpte |= PG_G;
6069         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6070
6071         /*
6072          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6073          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6074          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6075          */
6076         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6077                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6078                         newpte |= PG_M;
6079         } else
6080                 newpte |= PG_MANAGED;
6081
6082         lock = NULL;
6083         PMAP_LOCK(pmap);
6084         if (psind == 1) {
6085                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6086                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6087                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6088                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6089                 goto out;
6090         }
6091         mpte = NULL;
6092
6093         /*
6094          * In the case that a page table page is not
6095          * resident, we are creating it here.
6096          */
6097 retry:
6098         pde = pmap_pde(pmap, va);
6099         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6100             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6101                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6102                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6103                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6104                         mpte->ref_count++;
6105                 }
6106         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6107                 /*
6108                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6109                  * deallocated.
6110                  */
6111                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6112                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6113                     nosleep ? NULL : &lock);
6114                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6115                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6116                         goto out;
6117                 }
6118                 goto retry;
6119         } else
6120                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6121
6122         origpte = *pte;
6123         pv = NULL;
6124         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6125                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6126
6127         /*
6128          * Is the specified virtual address already mapped?
6129          */
6130         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6131                 /*
6132                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6133                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6134                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6135                  * the PT page will be also.
6136                  */
6137                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6138                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6139                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6140                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6141
6142                 /*
6143                  * Remove the extra PT page reference.
6144                  */
6145                 if (mpte != NULL) {
6146                         mpte->ref_count--;
6147                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6148                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6149                              " va: 0x%lx", va));
6150                 }
6151
6152                 /*
6153                  * Has the physical page changed?
6154                  */
6155                 opa = origpte & PG_FRAME;
6156                 if (opa == pa) {
6157                         /*
6158                          * No, might be a protection or wiring change.
6159                          */
6160                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6161                             (newpte & PG_RW) != 0)
6162                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6163                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6164                                 goto unchanged;
6165                         goto validate;
6166                 }
6167
6168                 /*
6169                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6170                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6171                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6172                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6173                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6174                  * avoiding an allocation.
6175                  *
6176                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6177                  */
6178                 origpte = pte_load_clear(pte);
6179                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6180                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6181                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6182                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6183
6184                         /*
6185                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6186                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6187                          * pmap_ts_referenced().
6188                          */
6189                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6190                                 vm_page_dirty(om);
6191                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6192                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6193                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6194                         }
6195                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6196                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6197                         KASSERT(pv != NULL,
6198                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6199                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6200                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6201                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6202                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6203                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6204                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6205                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6206                 } else {
6207                         /*
6208                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6209                          * is set.
6210                          */
6211                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6212                 }
6213                 origpte = 0;
6214         } else {
6215                 /*
6216                  * Increment the counters.
6217                  */
6218                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6219                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6220                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6221         }
6222
6223         /*
6224          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6225          */
6226         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6227                 if (pv == NULL) {
6228                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6229                         pv->pv_va = va;
6230                 }
6231                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6232                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6233                 m->md.pv_gen++;
6234                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6235                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6236         }
6237
6238         /*
6239          * Update the PTE.
6240          */
6241         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6242 validate:
6243                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6244                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6245                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6246                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6247                     (PG_M | PG_RW)) {
6248                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6249                                 vm_page_dirty(m);
6250
6251                         /*
6252                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6253                          * invalidation may nonetheless be required because
6254                          * the PTE no longer has PG_M set.
6255                          */
6256                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6257                         /*
6258                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6259                          */
6260                         goto unchanged;
6261                 }
6262                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6263                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6264         } else
6265                 pte_store(pte, newpte);
6266
6267 unchanged:
6268
6269 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6270         /*
6271          * If both the page table page and the reservation are fully
6272          * populated, then attempt promotion.
6273          */
6274         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6275             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6276             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6277             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6278                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6279 #endif
6280
6281         rv = KERN_SUCCESS;
6282 out:
6283         if (lock != NULL)
6284                 rw_wunlock(lock);
6285         PMAP_UNLOCK(pmap);
6286         return (rv);
6287 }
6288
6289 /*
6290  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6291  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6292  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6293  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6294  * PV entry.
6295  */
6296 static bool
6297 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6298     struct rwlock **lockp)
6299 {
6300         pd_entry_t newpde;
6301         pt_entry_t PG_V;
6302
6303         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6304         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6305         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6306             PG_PS | PG_V;
6307         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6308                 newpde |= PG_MANAGED;
6309         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6310                 newpde |= pg_nx;
6311         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6312                 newpde |= PG_U;
6313         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6314             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6315             KERN_SUCCESS);
6316 }
6317
6318 /*
6319  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6320  * zero.
6321  */
6322 static bool
6323 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6324 {
6325         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6326
6327         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6328         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6329         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6330                 if (*pte != 0)
6331                         return (false);
6332         }
6333         return (true);
6334 }
6335
6336 /*
6337  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6338  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6339  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6340  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6341  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6342  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6343  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6344  *
6345  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6346  */
6347 static int
6348 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6349     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6350 {
6351         struct spglist free;
6352         pd_entry_t oldpde, *pde;
6353         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6354         vm_page_t mt, pdpg;
6355
6356         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6357             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6358         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6359         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6360         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6361             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6362         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6363         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6364
6365         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6366             newpde))) {
6367                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6368                     " in pmap %p", va, pmap);
6369                 return (KERN_FAILURE);
6370         }
6371         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6372             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6373                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6374                     " in pmap %p", va, pmap);
6375                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6376         }
6377
6378         /*
6379          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6380          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6381          * it could sleep.
6382          */
6383         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6384                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6385                 return (KERN_FAILURE);
6386         }
6387         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6388                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6389                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6390         }
6391
6392         /*
6393          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6394          */
6395         oldpde = *pde;
6396         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6397                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6398                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6399                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6400                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6401                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6402                         if (pdpg != NULL)
6403                                 pdpg->ref_count--;
6404                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6405                             " in pmap %p", va, pmap);
6406                         return (KERN_FAILURE);
6407                 }
6408                 /* Break the existing mapping(s). */
6409                 SLIST_INIT(&free);
6410                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6411                         /*
6412                          * The reference to the PD page that was acquired by
6413                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6414                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6415                          * a reserved PT page could be freed.
6416                          */
6417                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6418                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6419                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6420                 } else {
6421                         pmap_delayed_invl_start();
6422                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6423                             lockp))
6424                                pmap_invalidate_all(pmap);
6425                         pmap_delayed_invl_finish();
6426                 }
6427                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6428                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6429                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6430                             pde));
6431                 } else {
6432                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6433                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6434
6435                         /*
6436                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6437                          * leave the kernel page table page zero filled.
6438                          */
6439                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6440                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6441                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6442                 }
6443         }
6444
6445         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6446                 /*
6447                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6448                  */
6449                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6450                         if (pdpg != NULL)
6451                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6452                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6453                             " in pmap %p", va, pmap);
6454                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6455                 }
6456                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6457                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6458                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6459                 }
6460         }
6461
6462         /*
6463          * Increment counters.
6464          */
6465         if ((newpde & PG_W) != 0)
6466                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6467         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6468
6469         /*
6470          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6471          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6472          */
6473         pde_store(pde, newpde);
6474
6475         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6476         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6477             va, pmap);
6478         return (KERN_SUCCESS);
6479 }
6480
6481 /*
6482  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6483  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6484  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6485  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6486  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6487  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6488  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6489  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6490  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6491  * corresponding offset from m_start are mapped.
6492  */
6493 void
6494 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6495     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6496 {
6497         struct rwlock *lock;
6498         vm_offset_t va;
6499         vm_page_t m, mpte;
6500         vm_pindex_t diff, psize;
6501
6502         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6503
6504         psize = atop(end - start);
6505         mpte = NULL;
6506         m = m_start;
6507         lock = NULL;
6508         PMAP_LOCK(pmap);
6509         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6510                 va = start + ptoa(diff);
6511                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6512                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6513                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6514                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6515                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6516                 else
6517                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6518                             mpte, &lock);
6519                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6520         }
6521         if (lock != NULL)
6522                 rw_wunlock(lock);
6523         PMAP_UNLOCK(pmap);
6524 }
6525
6526 /*
6527  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6528  * 1. Current pmap & pmap exists.
6529  * 2. Not wired.
6530  * 3. Read access.
6531  * 4. No page table pages.
6532  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6533  */
6534
6535 void
6536 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6537 {
6538         struct rwlock *lock;
6539
6540         lock = NULL;
6541         PMAP_LOCK(pmap);
6542         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6543         if (lock != NULL)
6544                 rw_wunlock(lock);
6545         PMAP_UNLOCK(pmap);
6546 }
6547
6548 static vm_page_t
6549 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6550     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6551 {
6552         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6553
6554         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6555             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6556             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6557         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6558         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6559
6560         /*
6561          * In the case that a page table page is not
6562          * resident, we are creating it here.
6563          */
6564         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6565                 vm_pindex_t ptepindex;
6566                 pd_entry_t *ptepa;
6567
6568                 /*
6569                  * Calculate pagetable page index
6570                  */
6571                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6572                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6573                         mpte->ref_count++;
6574                 } else {
6575                         /*
6576                          * Get the page directory entry
6577                          */
6578                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6579
6580                         /*
6581                          * If the page table page is mapped, we just increment
6582                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6583                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6584                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6585                          */
6586                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6587                                 if (*ptepa & PG_PS)
6588                                         return (NULL);
6589                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6590                                 mpte->ref_count++;
6591                         } else {
6592                                 /*
6593                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6594                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6595                                  */
6596                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6597                                 if (mpte == NULL)
6598                                         return (mpte);
6599                         }
6600                 }
6601                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6602                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6603         } else {
6604                 mpte = NULL;
6605                 pte = vtopte(va);
6606         }
6607         if (*pte) {
6608                 if (mpte != NULL)
6609                         mpte->ref_count--;
6610                 return (NULL);
6611         }
6612
6613         /*
6614          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6615          */
6616         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6617             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6618                 if (mpte != NULL)
6619                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
6620                 return (NULL);
6621         }
6622
6623         /*
6624          * Increment counters
6625          */
6626         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6627
6628         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6629             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6630         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6631                 newpte |= PG_MANAGED;
6632         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6633                 newpte |= pg_nx;
6634         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6635                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6636         pte_store(pte, newpte);
6637         return (mpte);
6638 }
6639
6640 /*
6641  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6642  * to be used for panic dumps.
6643  */
6644 void *
6645 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6646 {
6647         vm_offset_t va;
6648
6649         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6650         pmap_kenter(va, pa);
6651         invlpg(va);
6652         return ((void *)crashdumpmap);
6653 }
6654
6655 /*
6656  * This code maps large physical mmap regions into the
6657  * processor address space.  Note that some shortcuts
6658  * are taken, but the code works.
6659  */
6660 void
6661 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6662     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6663 {
6664         pd_entry_t *pde;
6665         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6666         vm_paddr_t pa, ptepa;
6667         vm_page_t p, pdpg;
6668         int pat_mode;
6669
6670         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6671         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6672         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6673         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6674
6675         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6676         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6677             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6678         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6679                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6680                         return;
6681                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6682                         return;
6683                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6684                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6685                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6686                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6687
6688                 /*
6689                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6690                  * aligned to a 2MB page boundary.
6691                  */
6692                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6693                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6694                         return;
6695
6696                 /*
6697                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6698                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6699                  * memory attributes.
6700                  */
6701                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6702                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6703                     pa += PAGE_SIZE) {
6704                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6705                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6706                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6707                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6708                                 return;
6709                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6710                 }
6711
6712                 /*
6713                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6714                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6715                  * will not affect the termination of this loop.
6716                  */ 
6717                 PMAP_LOCK(pmap);
6718                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6719                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6720                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
6721                         if (pde == NULL) {
6722                                 /*
6723                                  * The creation of mappings below is only an
6724                                  * optimization.  If a page directory page
6725                                  * cannot be allocated without blocking,
6726                                  * continue on to the next mapping rather than
6727                                  * blocking.
6728                                  */
6729                                 addr += NBPDR;
6730                                 continue;
6731                         }
6732                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6733                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6734                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6735                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6736                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6737                         } else {
6738                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6739                                 pdpg->ref_count--;
6740                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6741                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6742                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6743                         }
6744                         addr += NBPDR;
6745                 }
6746                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6747         }
6748 }
6749
6750 /*
6751  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6752  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6753  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6754  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6755  *
6756  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6757  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6758  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6759  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6760  *      function are not needed.
6761  */
6762 void
6763 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6764 {
6765         vm_offset_t va_next;
6766         pml4_entry_t *pml4e;
6767         pdp_entry_t *pdpe;
6768         pd_entry_t *pde;
6769         pt_entry_t *pte, PG_V;
6770
6771         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6772         PMAP_LOCK(pmap);
6773         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6774                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6775                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6776                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6777                         if (va_next < sva)
6778                                 va_next = eva;
6779                         continue;
6780                 }
6781                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6782                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6783                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6784                         if (va_next < sva)
6785                                 va_next = eva;
6786                         continue;
6787                 }
6788                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6789                 if (va_next < sva)
6790                         va_next = eva;
6791                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6792                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6793                         continue;
6794                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6795                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6796                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6797                                     (uintmax_t)*pde);
6798
6799                         /*
6800                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6801                          * demote the mapping and fall through.
6802                          */
6803                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6804                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6805                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6806                                     PAGE_SIZE;
6807                                 continue;
6808                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6809                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6810                 }
6811                 if (va_next > eva)
6812                         va_next = eva;
6813                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6814                     sva += PAGE_SIZE) {
6815                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6816                                 continue;
6817                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6818                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6819                                     (uintmax_t)*pte);
6820
6821                         /*
6822                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6823                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6824                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6825                          */
6826                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6827                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6828                 }
6829         }
6830         PMAP_UNLOCK(pmap);
6831 }
6832
6833 /*
6834  *      Copy the range specified by src_addr/len
6835  *      from the source map to the range dst_addr/len
6836  *      in the destination map.
6837  *
6838  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6839  */
6840 void
6841 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6842     vm_offset_t src_addr)
6843 {
6844         struct rwlock *lock;
6845         pml4_entry_t *pml4e;
6846         pdp_entry_t *pdpe;
6847         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6848         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6849         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6850         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6851
6852         if (dst_addr != src_addr)
6853                 return;
6854
6855         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6856                 return;
6857
6858         /*
6859          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6860          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6861          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6862          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6863          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6864          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6865          */
6866         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6867                 return;
6868
6869         end_addr = src_addr + len;
6870         lock = NULL;
6871         if (dst_pmap < src_pmap) {
6872                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6873                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6874         } else {
6875                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6876                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6877         }
6878
6879         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6880         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6881         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6882
6883         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6884                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6885                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6886
6887                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6888                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6889                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6890                         if (va_next < addr)
6891                                 va_next = end_addr;
6892                         continue;
6893                 }
6894
6895                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6896                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6897                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6898                         if (va_next < addr)
6899                                 va_next = end_addr;
6900                         continue;
6901                 }
6902
6903                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6904                 if (va_next < addr)
6905                         va_next = end_addr;
6906
6907                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6908                 srcptepaddr = *pde;
6909                 if (srcptepaddr == 0)
6910                         continue;
6911                         
6912                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6913                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6914                                 continue;
6915                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
6916                         if (pde == NULL)
6917                                 break;
6918                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6919                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6920                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6921                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6922                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6923                                     PAGE_SIZE);
6924                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6925                         } else
6926                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
6927                         continue;
6928                 }
6929
6930                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6931                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6932                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6933                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6934
6935                 if (va_next > end_addr)
6936                         va_next = end_addr;
6937
6938                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6939                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6940                 dstmpte = NULL;
6941                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6942                         ptetemp = *src_pte;
6943
6944                         /*
6945                          * We only virtual copy managed pages.
6946                          */
6947                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6948                                 continue;
6949
6950                         if (dstmpte != NULL) {
6951                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6952                                     pmap_pde_pindex(addr),
6953                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6954                                 dstmpte->ref_count++;
6955                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6956                             NULL)) == NULL)
6957                                 goto out;
6958                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6959                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6960                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6961                         if (*dst_pte == 0 &&
6962                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6963                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6964                                 /*
6965                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6966                                  * (referenced) bits during the copy.
6967                                  */
6968                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6969                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6970                         } else {
6971                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
6972                                 goto out;
6973                         }
6974                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6975                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6976                                 break;
6977                 }
6978         }
6979 out:
6980         if (lock != NULL)
6981                 rw_wunlock(lock);
6982         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6983         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6984 }
6985
6986 int
6987 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6988 {
6989         int error;
6990
6991         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6992             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6993             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6994                 return (0);
6995         for (;;) {
6996                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6997                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6998                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6999                 } else {
7000                         PMAP_LOCK(src_pmap);
7001                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
7002                 }
7003                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
7004                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
7005                 if (error == ENOMEM)
7006                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
7007                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
7008                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
7009                 if (error != ENOMEM)
7010                         break;
7011                 vm_wait(NULL);
7012         }
7013         return (error);
7014 }
7015
7016 /*
7017  * Zero the specified hardware page.
7018  */
7019 void
7020 pmap_zero_page(vm_page_t m)
7021 {
7022         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7023
7024         pagezero((void *)va);
7025 }
7026
7027 /*
7028  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7029  * cover an area beyond a single hardware page.
7030  */
7031 void
7032 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7033 {
7034         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7035
7036         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7037                 pagezero((void *)va);
7038         else
7039                 bzero((char *)va + off, size);
7040 }
7041
7042 /*
7043  * Copy 1 specified hardware page to another.
7044  */
7045 void
7046 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7047 {
7048         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7049         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7050
7051         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7052 }
7053
7054 int unmapped_buf_allowed = 1;
7055
7056 void
7057 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7058     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7059 {
7060         void *a_cp, *b_cp;
7061         vm_page_t pages[2];
7062         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7063         int cnt;
7064         boolean_t mapped;
7065
7066         while (xfersize > 0) {
7067                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7068                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7069                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7070                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7071                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7072                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7073                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7074                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7075                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7076                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7077                 if (__predict_false(mapped))
7078                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7079                 a_offset += cnt;
7080                 b_offset += cnt;
7081                 xfersize -= cnt;
7082         }
7083 }
7084
7085 /*
7086  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7087  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7088  * be changed upwards or downwards in the future; it
7089  * is only necessary that true be returned for a small
7090  * subset of pmaps for proper page aging.
7091  */
7092 boolean_t
7093 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7094 {
7095         struct md_page *pvh;
7096         struct rwlock *lock;
7097         pv_entry_t pv;
7098         int loops = 0;
7099         boolean_t rv;
7100
7101         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7102             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7103         rv = FALSE;
7104         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7105         rw_rlock(lock);
7106         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7107                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7108                         rv = TRUE;
7109                         break;
7110                 }
7111                 loops++;
7112                 if (loops >= 16)
7113                         break;
7114         }
7115         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7116                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7117                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7118                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7119                                 rv = TRUE;
7120                                 break;
7121                         }
7122                         loops++;
7123                         if (loops >= 16)
7124                                 break;
7125                 }
7126         }
7127         rw_runlock(lock);
7128         return (rv);
7129 }
7130
7131 /*
7132  *      pmap_page_wired_mappings:
7133  *
7134  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7135  *      that are wired.
7136  */
7137 int
7138 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7139 {
7140         struct rwlock *lock;
7141         struct md_page *pvh;
7142         pmap_t pmap;
7143         pt_entry_t *pte;
7144         pv_entry_t pv;
7145         int count, md_gen, pvh_gen;
7146
7147         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7148                 return (0);
7149         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7150         rw_rlock(lock);
7151 restart:
7152         count = 0;
7153         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7154                 pmap = PV_PMAP(pv);
7155                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7156                         md_gen = m->md.pv_gen;
7157                         rw_runlock(lock);
7158                         PMAP_LOCK(pmap);
7159                         rw_rlock(lock);
7160                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7161                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7162                                 goto restart;
7163                         }
7164                 }
7165                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7166                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7167                         count++;
7168                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7169         }
7170         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7171                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7172                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7173                         pmap = PV_PMAP(pv);
7174                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7175                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7176                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7177                                 rw_runlock(lock);
7178                                 PMAP_LOCK(pmap);
7179                                 rw_rlock(lock);
7180                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7181                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7182                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7183                                         goto restart;
7184                                 }
7185                         }
7186                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7187                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7188                                 count++;
7189                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7190                 }
7191         }
7192         rw_runlock(lock);
7193         return (count);
7194 }
7195
7196 /*
7197  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7198  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7199  */
7200 boolean_t
7201 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7202 {
7203         struct rwlock *lock;
7204         boolean_t rv;
7205
7206         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7207                 return (FALSE);
7208         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7209         rw_rlock(lock);
7210         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7211             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7212             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7213         rw_runlock(lock);
7214         return (rv);
7215 }
7216
7217 /*
7218  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7219  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7220  * caller.
7221  *
7222  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7223  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7224  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7225  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7226  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7227  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7228  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7229  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7230  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7231  * this function starts.
7232  *
7233  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7234  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7235  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7236  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7237  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7238  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7239  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7240  * that eventual TLB invalidation.
7241  */
7242 void
7243 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7244 {
7245         pd_entry_t ptepde;
7246         pt_entry_t *pte, tpte;
7247         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7248         struct spglist free;
7249         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7250         vm_page_t m, mpte, mt;
7251         pv_entry_t pv;
7252         struct md_page *pvh;
7253         struct pv_chunk *pc, *npc;
7254         struct rwlock *lock;
7255         int64_t bit;
7256         uint64_t inuse, bitmask;
7257         int allfree, field, freed, i, idx;
7258         boolean_t superpage;
7259         vm_paddr_t pa;
7260
7261         /*
7262          * Assert that the given pmap is only active on the current
7263          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7264          * activating the pmap while this function is executing.
7265          */
7266         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7267 #ifdef INVARIANTS
7268         {
7269                 cpuset_t other_cpus;
7270
7271                 other_cpus = all_cpus;
7272                 critical_enter();
7273                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7274                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7275                 critical_exit();
7276                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7277         }
7278 #endif
7279
7280         lock = NULL;
7281         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7282         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7283         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7284
7285         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7286                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7287         SLIST_INIT(&free);
7288         PMAP_LOCK(pmap);
7289         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7290                 allfree = 1;
7291                 freed = 0;
7292                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7293                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7294                         while (inuse != 0) {
7295                                 bit = bsfq(inuse);
7296                                 bitmask = 1UL << bit;
7297                                 idx = field * 64 + bit;
7298                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7299                                 inuse &= ~bitmask;
7300
7301                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7302                                 ptepde = *pte;
7303                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7304                                 tpte = *pte;
7305                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7306                                         superpage = FALSE;
7307                                         ptepde = tpte;
7308                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7309                                             PG_FRAME);
7310                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7311                                         tpte = *pte;
7312                                 } else {
7313                                         /*
7314                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7315                                          * superpage explicitly instead of
7316                                          * relying on PG_PS being set.
7317                                          *
7318                                          * This is because PG_PS is numerically
7319                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7320                                          * regular page could be mistaken for
7321                                          * a superpage.
7322                                          */
7323                                         superpage = TRUE;
7324                                 }
7325
7326                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7327                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7328                                             pv->pv_va, tpte);
7329                                 }
7330
7331 /*
7332  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7333  */
7334                                 if (tpte & PG_W) {
7335                                         allfree = 0;
7336                                         continue;
7337                                 }
7338
7339                                 if (superpage)
7340                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7341                                 else
7342                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7343
7344                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7345                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7346                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7347                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7348                                     (uintmax_t)tpte));
7349
7350                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7351                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7352                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7353                                     (uintmax_t)tpte));
7354
7355                                 pte_clear(pte);
7356
7357                                 /*
7358                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7359                                  */
7360                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7361                                         if (superpage) {
7362                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7363                                                         vm_page_dirty(mt);
7364                                         } else
7365                                                 vm_page_dirty(m);
7366                                 }
7367
7368                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7369
7370                                 /* Mark free */
7371                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7372                                 if (superpage) {
7373                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7374                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7375                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7376                                         pvh->pv_gen++;
7377                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7378                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7379                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7380                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7381                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7382                                         }
7383                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7384                                         if (mpte != NULL) {
7385                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7386                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7387                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7388                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7389                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7390                                                 mpte->ref_count = 0;
7391                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7392                                         }
7393                                 } else {
7394                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7395                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7396                                         m->md.pv_gen++;
7397                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7398                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7399                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7400                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7401                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7402                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7403                                         }
7404                                 }
7405                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7406                                 freed++;
7407                         }
7408                 }
7409                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7410                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7411                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7412                 if (allfree) {
7413                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7414                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7415                 }
7416         }
7417         if (lock != NULL)
7418                 rw_wunlock(lock);
7419         pmap_invalidate_all(pmap);
7420         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7421         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7422         PMAP_UNLOCK(pmap);
7423         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7424 }
7425
7426 static boolean_t
7427 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7428 {
7429         struct rwlock *lock;
7430         pv_entry_t pv;
7431         struct md_page *pvh;
7432         pt_entry_t *pte, mask;
7433         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7434         pmap_t pmap;
7435         int md_gen, pvh_gen;
7436         boolean_t rv;
7437
7438         rv = FALSE;
7439         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7440         rw_rlock(lock);
7441 restart:
7442         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7443                 pmap = PV_PMAP(pv);
7444                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7445                         md_gen = m->md.pv_gen;
7446                         rw_runlock(lock);
7447                         PMAP_LOCK(pmap);
7448                         rw_rlock(lock);
7449                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7450                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7451                                 goto restart;
7452                         }
7453                 }
7454                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7455                 mask = 0;
7456                 if (modified) {
7457                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7458                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7459                         mask |= PG_RW | PG_M;
7460                 }
7461                 if (accessed) {
7462                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7463                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7464                         mask |= PG_V | PG_A;
7465                 }
7466                 rv = (*pte & mask) == mask;
7467                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7468                 if (rv)
7469                         goto out;
7470         }
7471         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7472                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7473                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7474                         pmap = PV_PMAP(pv);
7475                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7476                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7477                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7478                                 rw_runlock(lock);
7479                                 PMAP_LOCK(pmap);
7480                                 rw_rlock(lock);
7481                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7482                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7483                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7484                                         goto restart;
7485                                 }
7486                         }
7487                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7488                         mask = 0;
7489                         if (modified) {
7490                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7491                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7492                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7493                         }
7494                         if (accessed) {
7495                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7496                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7497                                 mask |= PG_V | PG_A;
7498                         }
7499                         rv = (*pte & mask) == mask;
7500                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7501                         if (rv)
7502                                 goto out;
7503                 }
7504         }
7505 out:
7506         rw_runlock(lock);
7507         return (rv);
7508 }
7509
7510 /*
7511  *      pmap_is_modified:
7512  *
7513  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7514  *      in any physical maps.
7515  */
7516 boolean_t
7517 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7518 {
7519
7520         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7521             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7522
7523         /*
7524          * If the page is not busied then this check is racy.
7525          */
7526         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7527                 return (FALSE);
7528         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7529 }
7530
7531 /*
7532  *      pmap_is_prefaultable:
7533  *
7534  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7535  *      for prefault.
7536  */
7537 boolean_t
7538 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7539 {
7540         pd_entry_t *pde;
7541         pt_entry_t *pte, PG_V;
7542         boolean_t rv;
7543
7544         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7545         rv = FALSE;
7546         PMAP_LOCK(pmap);
7547         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7548         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7549                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7550                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7551         }
7552         PMAP_UNLOCK(pmap);
7553         return (rv);
7554 }
7555
7556 /*
7557  *      pmap_is_referenced:
7558  *
7559  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7560  *      in any physical maps.
7561  */
7562 boolean_t
7563 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7564 {
7565
7566         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7567             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7568         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7569 }
7570
7571 /*
7572  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7573  */
7574 void
7575 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7576 {
7577         struct md_page *pvh;
7578         pmap_t pmap;
7579         struct rwlock *lock;
7580         pv_entry_t next_pv, pv;
7581         pd_entry_t *pde;
7582         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7583         vm_offset_t va;
7584         int pvh_gen, md_gen;
7585
7586         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7587             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7588
7589         vm_page_assert_busied(m);
7590         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7591                 return;
7592
7593         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7594         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7595             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7596 retry_pv_loop:
7597         rw_wlock(lock);
7598         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7599                 pmap = PV_PMAP(pv);
7600                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7601                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7602                         rw_wunlock(lock);
7603                         PMAP_LOCK(pmap);
7604                         rw_wlock(lock);
7605                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7606                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7607                                 rw_wunlock(lock);
7608                                 goto retry_pv_loop;
7609                         }
7610                 }
7611                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7612                 va = pv->pv_va;
7613                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7614                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7615                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7616                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7617                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7618                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7619                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7620         }
7621         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7622                 pmap = PV_PMAP(pv);
7623                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7624                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7625                         md_gen = m->md.pv_gen;
7626                         rw_wunlock(lock);
7627                         PMAP_LOCK(pmap);
7628                         rw_wlock(lock);
7629                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7630                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7631                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7632                                 rw_wunlock(lock);
7633                                 goto retry_pv_loop;
7634                         }
7635                 }
7636                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7637                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7638                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7639                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7640                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7641                     m));
7642                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7643 retry:
7644                 oldpte = *pte;
7645                 if (oldpte & PG_RW) {
7646                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7647                             ~(PG_RW | PG_M)))
7648                                 goto retry;
7649                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7650                                 vm_page_dirty(m);
7651                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7652                 }
7653                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7654         }
7655         rw_wunlock(lock);
7656         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7657         pmap_delayed_invl_wait(m);
7658 }
7659
7660 static __inline boolean_t
7661 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7662 {
7663
7664         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7665                 return (TRUE);
7666
7667         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7668
7669         /*
7670          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7671          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7672          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7673          */
7674         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7675                 return (FALSE);
7676
7677         /*
7678          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7679          */
7680         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7681             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7682                 return (TRUE);
7683         else
7684                 return (FALSE);
7685 }
7686
7687 /*
7688  *      pmap_ts_referenced:
7689  *
7690  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7691  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7692  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7693  *      reference bits set.
7694  *
7695  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7696  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7697  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7698  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7699  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7700  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7701  *      to pmap_is_modified().
7702  *
7703  *      A DI block is not needed within this function, because
7704  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7705  *      released.
7706  */
7707 int
7708 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7709 {
7710         struct md_page *pvh;
7711         pv_entry_t pv, pvf;
7712         pmap_t pmap;
7713         struct rwlock *lock;
7714         pd_entry_t oldpde, *pde;
7715         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7716         vm_offset_t va;
7717         vm_paddr_t pa;
7718         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7719         struct spglist free;
7720         boolean_t demoted;
7721
7722         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7723             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7724         SLIST_INIT(&free);
7725         cleared = 0;
7726         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7727         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7728         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7729         rw_wlock(lock);
7730 retry:
7731         not_cleared = 0;
7732         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7733                 goto small_mappings;
7734         pv = pvf;
7735         do {
7736                 if (pvf == NULL)
7737                         pvf = pv;
7738                 pmap = PV_PMAP(pv);
7739                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7740                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7741                         rw_wunlock(lock);
7742                         PMAP_LOCK(pmap);
7743                         rw_wlock(lock);
7744                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7745                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7746                                 goto retry;
7747                         }
7748                 }
7749                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7750                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7751                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7752                 va = pv->pv_va;
7753                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7754                 oldpde = *pde;
7755                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7756                         /*
7757                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7758                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7759                          * we only update the 4KB page under test.
7760                          */
7761                         vm_page_dirty(m);
7762                 }
7763                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7764                         /*
7765                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7766                          * pages, it should not be cleared every time it is
7767                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7768                          * physical page number, the virtual superpage number,
7769                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7770                          * the 512 on which testing the reference bit will
7771                          * result in clearing that reference bit.  This
7772                          * function is designed to avoid the selection of the
7773                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7774                          *
7775                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7776                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7777                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7778                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7779                          * since the superpage is wired, the current state of
7780                          * its reference bit won't affect page replacement.
7781                          */
7782                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7783                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7784                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7785                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7786                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7787                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7788                                         demoted = FALSE;
7789                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7790                                     pv->pv_va, &lock)) {
7791                                         /*
7792                                          * Remove the mapping to a single page
7793                                          * so that a subsequent access may
7794                                          * repromote.  Since the underlying
7795                                          * page table page is fully populated,
7796                                          * this removal never frees a page
7797                                          * table page.
7798                                          */
7799                                         demoted = TRUE;
7800                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7801                                             PG_PS_FRAME);
7802                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7803                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7804                                             NULL, &lock);
7805                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7806                                 } else
7807                                         demoted = TRUE;
7808
7809                                 if (demoted) {
7810                                         /*
7811                                          * The superpage mapping was removed
7812                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7813                                          * longer valid.
7814                                          */
7815                                         if (pvf == pv)
7816                                                 pvf = NULL;
7817                                         pv = NULL;
7818                                 }
7819                                 cleared++;
7820                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7821                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7822                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7823                         } else
7824                                 not_cleared++;
7825                 }
7826                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7827                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7828                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7829                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7830                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7831                         pvh->pv_gen++;
7832                 }
7833                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7834                         goto out;
7835         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7836 small_mappings:
7837         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7838                 goto out;
7839         pv = pvf;
7840         do {
7841                 if (pvf == NULL)
7842                         pvf = pv;
7843                 pmap = PV_PMAP(pv);
7844                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7845                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7846                         md_gen = m->md.pv_gen;
7847                         rw_wunlock(lock);
7848                         PMAP_LOCK(pmap);
7849                         rw_wlock(lock);
7850                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7851                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7852                                 goto retry;
7853                         }
7854                 }
7855                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7856                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7857                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7858                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7859                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7860                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7861                     m));
7862                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7863                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7864                         vm_page_dirty(m);
7865                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7866                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7867                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7868                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7869                                 cleared++;
7870                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7871                                 /*
7872                                  * Wired pages cannot be paged out so
7873                                  * doing accessed bit emulation for
7874                                  * them is wasted effort. We do the
7875                                  * hard work for unwired pages only.
7876                                  */
7877                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7878                                     *pde, &free, &lock);
7879                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7880                                 cleared++;
7881                                 if (pvf == pv)
7882                                         pvf = NULL;
7883                                 pv = NULL;
7884                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7885                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7886                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7887                         } else
7888                                 not_cleared++;
7889                 }
7890                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7891                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7892                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7893                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7894                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7895                         m->md.pv_gen++;
7896                 }
7897         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7898             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7899 out:
7900         rw_wunlock(lock);
7901         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7902         return (cleared + not_cleared);
7903 }
7904
7905 /*
7906  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7907  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7908  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7909  */
7910 void
7911 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7912 {
7913         struct rwlock *lock;
7914         pml4_entry_t *pml4e;
7915         pdp_entry_t *pdpe;
7916         pd_entry_t oldpde, *pde;
7917         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7918         vm_offset_t va, va_next;
7919         vm_page_t m;
7920         bool anychanged;
7921
7922         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7923                 return;
7924
7925         /*
7926          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7927          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7928          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7929          * A/D bit emulation.
7930          */
7931         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7932                 return;
7933
7934         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7935         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7936         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7937         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7938         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7939         anychanged = false;
7940         pmap_delayed_invl_start();
7941         PMAP_LOCK(pmap);
7942         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7943                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7944                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7945                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7946                         if (va_next < sva)
7947                                 va_next = eva;
7948                         continue;
7949                 }
7950                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7951                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7952                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7953                         if (va_next < sva)
7954                                 va_next = eva;
7955                         continue;
7956                 }
7957                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7958                 if (va_next < sva)
7959                         va_next = eva;
7960                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7961                 oldpde = *pde;
7962                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7963                         continue;
7964                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7965                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7966                                 continue;
7967                         lock = NULL;
7968                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7969                                 if (lock != NULL)
7970                                         rw_wunlock(lock);
7971
7972                                 /*
7973                                  * The large page mapping was destroyed.
7974                                  */
7975                                 continue;
7976                         }
7977
7978                         /*
7979                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7980                          * mapping to a single page so that a subsequent
7981                          * access may repromote.  Choosing the last page
7982                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7983                          * generally results in more repromotions.  Since the
7984                          * underlying page table page is fully populated, this
7985                          * removal never frees a page table page.
7986                          */
7987                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7988                                 va = eva;
7989                                 if (va > va_next)
7990                                         va = va_next;
7991                                 va -= PAGE_SIZE;
7992                                 KASSERT(va >= sva,
7993                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7994                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7995                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7996                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7997                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7998                                     &lock);
7999                                 anychanged = true;
8000                         }
8001                         if (lock != NULL)
8002                                 rw_wunlock(lock);
8003                 }
8004                 if (va_next > eva)
8005                         va_next = eva;
8006                 va = va_next;
8007                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
8008                     sva += PAGE_SIZE) {
8009                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
8010                                 goto maybe_invlrng;
8011                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8012                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
8013                                         /*
8014                                          * Future calls to pmap_is_modified()
8015                                          * can be avoided by making the page
8016                                          * dirty now.
8017                                          */
8018                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
8019                                         vm_page_dirty(m);
8020                                 }
8021                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
8022                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
8023                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
8024                         else
8025                                 goto maybe_invlrng;
8026
8027                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8028                                 if (va == va_next)
8029                                         va = sva;
8030                         } else
8031                                 anychanged = true;
8032                         continue;
8033 maybe_invlrng:
8034                         if (va != va_next) {
8035                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8036                                 va = va_next;
8037                         }
8038                 }
8039                 if (va != va_next)
8040                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8041         }
8042         if (anychanged)
8043                 pmap_invalidate_all(pmap);
8044         PMAP_UNLOCK(pmap);
8045         pmap_delayed_invl_finish();
8046 }
8047
8048 /*
8049  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8050  */
8051 void
8052 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8053 {
8054         struct md_page *pvh;
8055         pmap_t pmap;
8056         pv_entry_t next_pv, pv;
8057         pd_entry_t oldpde, *pde;
8058         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8059         struct rwlock *lock;
8060         vm_offset_t va;
8061         int md_gen, pvh_gen;
8062
8063         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8064             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8065         vm_page_assert_busied(m);
8066
8067         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8068                 return;
8069         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8070             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8071         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8072         rw_wlock(lock);
8073 restart:
8074         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8075                 pmap = PV_PMAP(pv);
8076                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8077                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8078                         rw_wunlock(lock);
8079                         PMAP_LOCK(pmap);
8080                         rw_wlock(lock);
8081                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8082                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8083                                 goto restart;
8084                         }
8085                 }
8086                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8087                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8088                 va = pv->pv_va;
8089                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8090                 oldpde = *pde;
8091                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8092                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8093                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8094                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8095                         /*
8096                          * Write protect the mapping to a single page so that
8097                          * a subsequent write access may repromote.
8098                          */
8099                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8100                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8101                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8102                         vm_page_dirty(m);
8103                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8104                 }
8105                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8106         }
8107         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8108                 pmap = PV_PMAP(pv);
8109                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8110                         md_gen = m->md.pv_gen;
8111                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8112                         rw_wunlock(lock);
8113                         PMAP_LOCK(pmap);
8114                         rw_wlock(lock);
8115                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8116                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8117                                 goto restart;
8118                         }
8119                 }
8120                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8121                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8122                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8123                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8124                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8125                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8126                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8127                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8128                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8129                 }
8130                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8131         }
8132         rw_wunlock(lock);
8133 }
8134
8135 /*
8136  * Miscellaneous support routines follow
8137  */
8138
8139 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8140 static __inline void
8141 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8142 {
8143         u_long opte, npte;
8144
8145         opte = *(u_long *)pte;
8146         do {
8147                 npte = opte & ~mask;
8148                 npte |= bits;
8149         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8150             npte));
8151 }
8152
8153 /*
8154  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8155  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8156  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8157  * NOT real memory.
8158  */
8159 static void *
8160 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8161 {
8162         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8163         vm_offset_t va, offset;
8164         vm_size_t tmpsize;
8165         int i;
8166
8167         offset = pa & PAGE_MASK;
8168         size = round_page(offset + size);
8169         pa = trunc_page(pa);
8170
8171         if (!pmap_initialized) {
8172                 va = 0;
8173                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8174                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8175                         if (ppim->va == 0) {
8176                                 ppim->pa = pa;
8177                                 ppim->sz = size;
8178                                 ppim->mode = mode;
8179                                 ppim->va = virtual_avail;
8180                                 virtual_avail += size;
8181                                 va = ppim->va;
8182                                 break;
8183                         }
8184                 }
8185                 if (va == 0)
8186                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8187         } else {
8188                 /*
8189                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8190                  */
8191                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8192                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8193                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8194                             (ppim->mode == mode ||
8195                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8196                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8197                 }
8198                 /*
8199                  * If the specified range of physical addresses fits within
8200                  * the direct map window, use the direct map.
8201                  */
8202                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8203                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8204                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8205                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8206                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8207                                     PROT_NONE, mode, flags);
8208                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8209                         } else
8210                                 i = 0;
8211                         if (!i)
8212                                 return ((void *)(va + offset));
8213                 }
8214                 va = kva_alloc(size);
8215                 if (va == 0)
8216                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8217         }
8218         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8219                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8220         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8221         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8222                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8223         return ((void *)(va + offset));
8224 }
8225
8226 void *
8227 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8228 {
8229
8230         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8231             MAPDEV_SETATTR));
8232 }
8233
8234 void *
8235 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8236 {
8237
8238         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8239 }
8240
8241 void *
8242 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8243 {
8244
8245         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8246             MAPDEV_SETATTR));
8247 }
8248
8249 void *
8250 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8251 {
8252
8253         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8254             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8255 }
8256
8257 void
8258 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8259 {
8260         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8261         vm_offset_t offset;
8262         int i;
8263
8264         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8265         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8266                 return;
8267         offset = va & PAGE_MASK;
8268         size = round_page(offset + size);
8269         va = trunc_page(va);
8270         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8271                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8272                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8273                         if (pmap_initialized)
8274                                 return;
8275                         ppim->pa = 0;
8276                         ppim->va = 0;
8277                         ppim->sz = 0;
8278                         ppim->mode = 0;
8279                         if (va + size == virtual_avail)
8280                                 virtual_avail = va;
8281                         return;
8282                 }
8283         }
8284         if (pmap_initialized) {
8285                 pmap_qremove(va, atop(size));
8286                 kva_free(va, size);
8287         }
8288 }
8289
8290 /*
8291  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8292  */
8293 static boolean_t
8294 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8295 {
8296         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8297         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8298         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8299         vm_paddr_t pdpgpa;
8300         vm_page_t pdpg;
8301
8302         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8303         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8304         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8305         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8306
8307         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8308         oldpdpe = *pdpe;
8309         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8310             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8311         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8312             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8313                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8314                     " in pmap %p", va, pmap);
8315                 return (FALSE);
8316         }
8317         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8318         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8319         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8320         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8321             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8322         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8323             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8324         newpde = oldpdpe;
8325
8326         /*
8327          * Initialize the page directory page.
8328          */
8329         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8330                 *pde = newpde;
8331                 newpde += NBPDR;
8332         }
8333
8334         /*
8335          * Demote the mapping.
8336          */
8337         *pdpe = newpdpe;
8338
8339         /*
8340          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8341          */
8342         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8343
8344         pmap_pdpe_demotions++;
8345         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8346             " in pmap %p", va, pmap);
8347         return (TRUE);
8348 }
8349
8350 /*
8351  * Sets the memory attribute for the specified page.
8352  */
8353 void
8354 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8355 {
8356
8357         m->md.pat_mode = ma;
8358
8359         /*
8360          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8361          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8362          * required for data coherence.
8363          */
8364         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8365             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8366             m->md.pat_mode))
8367                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8368 }
8369
8370 /*
8371  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8372  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8373  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8374  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8375  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8376  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8377  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8378  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8379  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8380  * same physical page have different memory types.
8381  *
8382  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8383  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8384  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8385  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8386  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8387  * virtual address range or the direct map.
8388  */
8389 int
8390 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8391 {
8392         int error;
8393
8394         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8395         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8396             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8397         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8398         return (error);
8399 }
8400
8401 /*
8402  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8403  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8404  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8405  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8406  * map are never executable.
8407  */
8408 int
8409 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8410 {
8411         int error;
8412
8413         /* Only supported within the kernel map. */
8414         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8415                 return (EINVAL);
8416
8417         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8418         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8419             MAPDEV_ASSERTVALID);
8420         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8421         return (error);
8422 }
8423
8424 static int
8425 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8426     int mode, int flags)
8427 {
8428         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8429         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8430         pdp_entry_t *pdpe;
8431         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8432         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8433         int error;
8434         bool changed;
8435
8436         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8437         base = trunc_page(va);
8438         offset = va & PAGE_MASK;
8439         size = round_page(offset + size);
8440
8441         /*
8442          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8443          * map but excluding the recursive map.
8444          */
8445         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8446                 return (EINVAL);
8447
8448         /*
8449          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8450          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8451          *
8452          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8453          */
8454         pde_bits = pte_bits = 0;
8455         pde_mask = pte_mask = 0;
8456         if (mode != -1) {
8457                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8458                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8459                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8460                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8461         }
8462         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8463                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8464                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8465                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8466                 }
8467                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8468                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8469                         pde_bits |= pg_nx;
8470                         pte_bits |= pg_nx;
8471                 }
8472                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8473                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8474         }
8475
8476         /*
8477          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8478          * into 4KB pages if required.
8479          */
8480         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8481                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8482                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8483                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8484                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8485                         return (EINVAL);
8486                 }
8487                 if (*pdpe & PG_PS) {
8488                         /*
8489                          * If the current 1GB page already has the required
8490                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8491                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8492                          */
8493                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8494                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8495                                 continue;
8496                         }
8497
8498                         /*
8499                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8500                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8501                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8502                          */
8503                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8504                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8505                                 tmpva += NBPDP;
8506                                 continue;
8507                         }
8508                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8509                                 return (ENOMEM);
8510                 }
8511                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8512                 if (*pde == 0) {
8513                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8514                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8515                         return (EINVAL);
8516                 }
8517                 if (*pde & PG_PS) {
8518                         /*
8519                          * If the current 2MB page already has the required
8520                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8521                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8522                          */
8523                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8524                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8525                                 continue;
8526                         }
8527
8528                         /*
8529                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8530                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8531                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8532                          */
8533                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8534                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8535                                 tmpva += NBPDR;
8536                                 continue;
8537                         }
8538                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8539                                 return (ENOMEM);
8540                 }
8541                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8542                 if (*pte == 0) {
8543                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8544                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8545                         return (EINVAL);
8546                 }
8547                 tmpva += PAGE_SIZE;
8548         }
8549         error = 0;
8550
8551         /*
8552          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8553          * properties if required.
8554          */
8555         changed = false;
8556         pa_start = pa_end = 0;
8557         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8558                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8559                 if (*pdpe & PG_PS) {
8560                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8561                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8562                                 changed = true;
8563                         }
8564                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8565                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8566                                 if (pa_start == pa_end) {
8567                                         /* Start physical address run. */
8568                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8569                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8570                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8571                                         pa_end += NBPDP;
8572                                 else {
8573                                         /* Run ended, update direct map. */
8574                                         error = pmap_change_props_locked(
8575                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8576                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8577                                             flags);
8578                                         if (error != 0)
8579                                                 break;
8580                                         /* Start physical address run. */
8581                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8582                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8583                                 }
8584                         }
8585                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8586                         continue;
8587                 }
8588                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8589                 if (*pde & PG_PS) {
8590                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8591                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8592                                 changed = true;
8593                         }
8594                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8595                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8596                                 if (pa_start == pa_end) {
8597                                         /* Start physical address run. */
8598                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8599                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8600                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8601                                         pa_end += NBPDR;
8602                                 else {
8603                                         /* Run ended, update direct map. */
8604                                         error = pmap_change_props_locked(
8605                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8606                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8607                                             flags);
8608                                         if (error != 0)
8609                                                 break;
8610                                         /* Start physical address run. */
8611                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8612                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8613                                 }
8614                         }
8615                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8616                 } else {
8617                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8618                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8619                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8620                                 changed = true;
8621                         }
8622                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8623                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8624                                 if (pa_start == pa_end) {
8625                                         /* Start physical address run. */
8626                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8627                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8628                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8629                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8630                                 else {
8631                                         /* Run ended, update direct map. */
8632                                         error = pmap_change_props_locked(
8633                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8634                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8635                                             flags);
8636                                         if (error != 0)
8637                                                 break;
8638                                         /* Start physical address run. */
8639                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8640                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8641                                 }
8642                         }
8643                         tmpva += PAGE_SIZE;
8644                 }
8645         }
8646         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8647                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8648                 if (pa_start != pa_end1)
8649                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8650                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8651         }
8652
8653         /*
8654          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8655          * shouldn't be, etc.
8656          */
8657         if (changed) {
8658                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8659                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8660                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8661         }
8662         return (error);
8663 }
8664
8665 /*
8666  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8667  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8668  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8669  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8670  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8671  */
8672 void
8673 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8674 {
8675         pdp_entry_t *pdpe;
8676         pd_entry_t *pde;
8677         vm_offset_t va;
8678         boolean_t changed;
8679
8680         if (len == 0)
8681                 return;
8682         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8683         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8684             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8685         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8686                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8687                 changed = FALSE;
8688                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8689                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8690                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8691                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8692                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8693                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8694                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8695                         changed = TRUE;
8696                 }
8697                 if (len < NBPDR) {
8698                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8699                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8700                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8701                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8702                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8703                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8704                                 changed = TRUE;
8705                         }
8706                 }
8707                 if (changed && invalidate)
8708                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8709                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8710         }
8711 }
8712
8713 /*
8714  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8715  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8716  * find other mappings.
8717  */
8718 int
8719 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8720 {
8721         pd_entry_t *pdep;
8722         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8723         vm_paddr_t pa;
8724         int val;
8725
8726         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8727         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8728         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8729         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8730
8731         PMAP_LOCK(pmap);
8732         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8733         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8734                 if (*pdep & PG_PS) {
8735                         pte = *pdep;
8736                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8737                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8738                             PG_FRAME;
8739                         val = MINCORE_SUPER;
8740                 } else {
8741                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8742                         pa = pte & PG_FRAME;
8743                         val = 0;
8744                 }
8745         } else {
8746                 pte = 0;
8747                 pa = 0;
8748                 val = 0;
8749         }
8750         if ((pte & PG_V) != 0) {
8751                 val |= MINCORE_INCORE;
8752                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8753                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8754                 if ((pte & PG_A) != 0)
8755                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8756         }
8757         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8758             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8759             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8760                 *pap = pa;
8761         }
8762         PMAP_UNLOCK(pmap);
8763         return (val);
8764 }
8765
8766 static uint64_t
8767 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8768 {
8769         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8770
8771         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8772         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8773         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8774                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8775         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8776                 return (CR3_PCID_SAVE);
8777         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8778         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8779             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8780             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8781         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8782             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8783                 new_gen = gen + 1;
8784                 if (new_gen == 0)
8785                         new_gen = 1;
8786                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8787                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8788         } else {
8789                 new_gen = gen;
8790         }
8791         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8792         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8793         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8794         return (0);
8795 }
8796
8797 static uint64_t
8798 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8799 {
8800         uint64_t cached;
8801
8802         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8803         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8804             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8805             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8806         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8807             pmap == kernel_pmap,
8808             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8809             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8810         return (cached);
8811 }
8812
8813 static void
8814 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8815 {
8816
8817         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8818             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8819 }
8820
8821 static void
8822 pmap_activate_sw_pcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8823 {
8824         pmap_t old_pmap;
8825         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8826
8827         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
8828             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
8829
8830         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
8831         if (PCPU_GET(ucr3_load_mask) != PMAP_UCR3_NOMASK) {
8832                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, PMAP_UCR3_NOMASK);
8833                 old_pmap = PCPU_GET(curpmap);
8834                 MPASS(old_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3);
8835                 old_pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
8836         }
8837
8838         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8839         cr3 = rcr3();
8840         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8841                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8842         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8843         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8844         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8845             PMAP_PCID_USER_PT;
8846
8847         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
8848                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
8849
8850         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8851         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8852         if (cached)
8853                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8854
8855         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8856 }
8857
8858 static void
8859 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8860     u_int cpuid)
8861 {
8862         uint64_t cached, cr3;
8863
8864         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) == 0,
8865             ("PCID needs interrupts disabled in pmap_activate_sw()"));
8866
8867         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8868         cr3 = rcr3();
8869         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8870                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8871                     cached);
8872         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8873         if (cached)
8874                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8875 }
8876
8877 static void
8878 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8879     u_int cpuid __unused)
8880 {
8881
8882         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8883         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8884 }
8885
8886 static void
8887 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8888     u_int cpuid __unused)
8889 {
8890
8891         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8892         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8893         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8894         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8895 }
8896
8897 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8898     u_int))
8899 {
8900
8901         if (pmap_pcid_enabled && pti)
8902                 return (pmap_activate_sw_pcid_pti);
8903         else if (pmap_pcid_enabled && !pti)
8904                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8905         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8906                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8907         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8908                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8909 }
8910
8911 void
8912 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8913 {
8914         pmap_t oldpmap, pmap;
8915         u_int cpuid;
8916
8917         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8918         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8919         if (oldpmap == pmap) {
8920                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8921                         mfence();
8922                 return;
8923         }
8924         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8925 #ifdef SMP
8926         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8927 #else
8928         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8929 #endif
8930         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8931 #ifdef SMP
8932         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8933 #else
8934         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8935 #endif
8936 }
8937
8938 void
8939 pmap_activate(struct thread *td)
8940 {
8941         /*
8942          * invltlb_{invpcid,}_pcid_handler() is used to handle an
8943          * invalidate_all IPI, which checks for curpmap ==
8944          * smp_tlb_pmap.  The below sequence of operations has a
8945          * window where %CR3 is loaded with the new pmap's PML4
8946          * address, but the curpmap value has not yet been updated.
8947          * This causes the invltlb IPI handler, which is called
8948          * between the updates, to execute as a NOP, which leaves
8949          * stale TLB entries.
8950          *
8951          * Note that the most common use of pmap_activate_sw(), from
8952          * a context switch, is immune to this race, because
8953          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8954          * so the IPI is delayed until after curpmap is updated.  Protect
8955          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8956          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8957          */
8958         spinlock_enter();
8959         pmap_activate_sw(td);
8960         spinlock_exit();
8961 }
8962
8963 void
8964 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8965 {
8966         uint64_t kcr3;
8967         u_int cpuid;
8968
8969         /*
8970          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8971          * by never activating it at all.
8972          */
8973         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8974
8975         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8976 #ifdef SMP
8977         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8978 #else
8979         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8980 #endif
8981         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8982         if (pti) {
8983                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8984                 if (pmap_pcid_enabled)
8985                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8986         } else {
8987                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8988         }
8989         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8990         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8991 }
8992
8993 void
8994 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8995 {
8996 }
8997
8998 /*
8999  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9000  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9001  */
9002 void
9003 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9004     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9005 {
9006         vm_offset_t superpage_offset;
9007
9008         if (size < NBPDR)
9009                 return;
9010         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9011                 offset += ptoa(object->pg_color);
9012         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9013         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9014             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9015                 return;
9016         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9017                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9018         else
9019                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9020 }
9021
9022 #ifdef INVARIANTS
9023 static unsigned long num_dirty_emulations;
9024 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9025              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9026
9027 static unsigned long num_accessed_emulations;
9028 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9029              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9030
9031 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9032 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9033              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9034
9035 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9036 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9037              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9038 #endif  /* INVARIANTS */
9039
9040 int
9041 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9042 {
9043         int rv;
9044         struct rwlock *lock;
9045 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9046         vm_page_t m, mpte;
9047 #endif
9048         pd_entry_t *pde;
9049         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9050
9051         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9052             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9053
9054         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9055                 return (-1);
9056
9057         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9058         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9059         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9060         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9061
9062         rv = -1;
9063         lock = NULL;
9064         PMAP_LOCK(pmap);
9065
9066         pde = pmap_pde(pmap, va);
9067         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9068                 goto done;
9069
9070         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9071                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9072 #ifdef INVARIANTS
9073                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9074 #endif
9075                         *pde |= PG_A;
9076                         rv = 0;
9077                 }
9078                 goto done;
9079         }
9080
9081         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9082         if ((*pte & PG_V) == 0)
9083                 goto done;
9084
9085         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9086                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9087                         goto done;
9088                 /*
9089                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9090                  *
9091                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9092                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9093                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9094                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9095                  * and PG_M simultaneously.
9096                  */
9097                 *pte |= PG_M | PG_A;
9098         } else {
9099                 *pte |= PG_A;
9100         }
9101
9102 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9103         /* try to promote the mapping */
9104         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9105                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9106         else
9107                 mpte = NULL;
9108
9109         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9110
9111         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9112             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9113             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9114             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9115                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9116 #ifdef INVARIANTS
9117                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9118 #endif
9119         }
9120 #endif
9121
9122 #ifdef INVARIANTS
9123         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9124                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9125         else
9126                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9127 #endif
9128         rv = 0;         /* success */
9129 done:
9130         if (lock != NULL)
9131                 rw_wunlock(lock);
9132         PMAP_UNLOCK(pmap);
9133         return (rv);
9134 }
9135
9136 void
9137 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9138 {
9139         pml4_entry_t *pml4;
9140         pdp_entry_t *pdp;
9141         pd_entry_t *pde;
9142         pt_entry_t *pte, PG_V;
9143         int idx;
9144
9145         idx = 0;
9146         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9147         PMAP_LOCK(pmap);
9148
9149         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9150         ptr[idx++] = *pml4;
9151         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9152                 goto done;
9153
9154         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9155         ptr[idx++] = *pdp;
9156         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9157                 goto done;
9158
9159         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9160         ptr[idx++] = *pde;
9161         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9162                 goto done;
9163
9164         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9165         ptr[idx++] = *pte;
9166
9167 done:
9168         PMAP_UNLOCK(pmap);
9169         *num = idx;
9170 }
9171
9172 /**
9173  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9174  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9175  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9176  *
9177  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9178  *                    address on the kernel memory map.
9179  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9180  *                    of the pages passed in the page parameter.
9181  * \param count       Number of pages passed in.
9182  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9183  *                    page faults, FALSE otherwise.
9184  *
9185  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9186  *          finished or FALSE otherwise.
9187  *
9188  */
9189 boolean_t
9190 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9191     boolean_t can_fault)
9192 {
9193         vm_paddr_t paddr;
9194         boolean_t needs_mapping;
9195         pt_entry_t *pte;
9196         int cache_bits, error __unused, i;
9197
9198         /*
9199          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9200          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9201          */
9202         needs_mapping = FALSE;
9203         for (i = 0; i < count; i++) {
9204                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9205                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9206                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9207                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9208                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9209                         needs_mapping = TRUE;
9210                 } else {
9211                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9212                 }
9213         }
9214
9215         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9216         if (!needs_mapping)
9217                 return (FALSE);
9218
9219         /*
9220          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9221          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9222          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9223          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9224          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9225          * after modifying the PTE bits is crucial.
9226          */
9227         if (!can_fault)
9228                 sched_pin();
9229         for (i = 0; i < count; i++) {
9230                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9231                 if (paddr >= dmaplimit) {
9232                         if (can_fault) {
9233                                 /*
9234                                  * Slow path, since we can get page faults
9235                                  * while mappings are active don't pin the
9236                                  * thread to the CPU and instead add a global
9237                                  * mapping visible to all CPUs.
9238                                  */
9239                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9240                         } else {
9241                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9242                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9243                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9244                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9245                                     cache_bits);
9246                                 invlpg(vaddr[i]);
9247                         }
9248                 }
9249         }
9250
9251         return (needs_mapping);
9252 }
9253
9254 void
9255 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9256     boolean_t can_fault)
9257 {
9258         vm_paddr_t paddr;
9259         int i;
9260
9261         if (!can_fault)
9262                 sched_unpin();
9263         for (i = 0; i < count; i++) {
9264                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9265                 if (paddr >= dmaplimit) {
9266                         if (can_fault)
9267                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9268                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9269                 }
9270         }
9271 }
9272
9273 vm_offset_t
9274 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9275 {
9276         vm_paddr_t paddr;
9277
9278         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9279         if (paddr < dmaplimit)
9280                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9281         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9282         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9283         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9284             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9285         return (qframe);
9286 }
9287
9288 void
9289 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9290 {
9291
9292         if (addr != qframe)
9293                 return;
9294         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9295         invlpg(qframe);
9296         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9297 }
9298
9299 /*
9300  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9301  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9302  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9303  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9304  * each allocated pmap.
9305  *
9306  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9307  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9308  * represents the number of valid entries within the page.
9309  */
9310 static vm_page_t
9311 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9312 {
9313         vm_page_t m;
9314
9315         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9316             VM_ALLOC_ZERO);
9317         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9318                 pmap_zero_page(m);
9319         return (m);
9320 }
9321
9322 static vm_page_t
9323 pmap_large_map_getptp(void)
9324 {
9325         vm_page_t m;
9326
9327         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9328         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9329         if (m == NULL) {
9330                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9331                 vm_wait(NULL);
9332                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9333                 /* Callers retry. */
9334         }
9335         return (m);
9336 }
9337
9338 static pdp_entry_t *
9339 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9340 {
9341         vm_pindex_t pml4_idx;
9342         vm_paddr_t mphys;
9343
9344         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9345         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9346             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9347             "%#jx lm_ents %d",
9348             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9349         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9350             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9351             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9352             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9353         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9354         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9355 }
9356
9357 static pd_entry_t *
9358 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9359 {
9360         pdp_entry_t *pdpe;
9361         vm_page_t m;
9362         vm_paddr_t mphys;
9363
9364 retry:
9365         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9366         if (*pdpe == 0) {
9367                 m = pmap_large_map_getptp();
9368                 if (m == NULL)
9369                         goto retry;
9370                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9371                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9372         } else {
9373                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9374                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9375         }
9376         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9377 }
9378
9379 static pt_entry_t *
9380 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9381 {
9382         pd_entry_t *pde;
9383         vm_page_t m;
9384         vm_paddr_t mphys;
9385
9386 retry:
9387         pde = pmap_large_map_pde(va);
9388         if (*pde == 0) {
9389                 m = pmap_large_map_getptp();
9390                 if (m == NULL)
9391                         goto retry;
9392                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9393                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9394                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9395         } else {
9396                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9397                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9398         }
9399         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9400 }
9401
9402 static vm_paddr_t
9403 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9404 {
9405         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9406         pd_entry_t *pde, pd;
9407         pt_entry_t *pte, pt;
9408
9409         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9410             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9411         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9412         pdp = *pdpe;
9413         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9414             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9415             (u_long)pdpe, pdp));
9416         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9417                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9418                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9419                     (u_long)pdpe, pdp));
9420                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9421         }
9422         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9423         pd = *pde;
9424         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9425             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9426         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9427                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9428         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9429         pt = *pte;
9430         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9431             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9432         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9433 }
9434
9435 static int
9436 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9437     vmem_addr_t *vmem_res)
9438 {
9439
9440         /*
9441          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9442          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9443          * freed.
9444          */
9445         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9446             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9447 }
9448
9449 int
9450 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9451     vm_memattr_t mattr)
9452 {
9453         pdp_entry_t *pdpe;
9454         pd_entry_t *pde;
9455         pt_entry_t *pte;
9456         vm_offset_t va, inc;
9457         vmem_addr_t vmem_res;
9458         vm_paddr_t pa;
9459         int error;
9460
9461         if (len == 0 || spa + len < spa)
9462                 return (EINVAL);
9463
9464         /* See if DMAP can serve. */
9465         if (spa + len <= dmaplimit) {
9466                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9467                 *addr = (void *)va;
9468                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9469         }
9470
9471         /*
9472          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9473          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9474          * failed.
9475          */
9476         error = ENOMEM;
9477         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9478             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9479                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9480                     &vmem_res);
9481         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9482             NBPDR) + NBPDR)
9483                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9484                     &vmem_res);
9485         if (error != 0)
9486                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9487         if (error != 0)
9488                 return (error);
9489
9490         /*
9491          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9492          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9493          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9494          */
9495         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9496         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9497             len -= inc) {
9498                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9499                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9500                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9501                         MPASS(*pdpe == 0);
9502                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9503                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9504                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9505                         inc = NBPDP;
9506                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9507                     (va & PDRMASK) == 0) {
9508                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9509                         MPASS(*pde == 0);
9510                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9511                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9512                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9513                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9514                             ref_count++;
9515                         inc = NBPDR;
9516                 } else {
9517                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9518                         MPASS(*pte == 0);
9519                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9520                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9521                             mattr, FALSE);
9522                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9523                             ref_count++;
9524                         inc = PAGE_SIZE;
9525                 }
9526         }
9527         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9528         MPASS(len == 0);
9529
9530         *addr = (void *)vmem_res;
9531         return (0);
9532 }
9533
9534 void
9535 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9536 {
9537         vm_offset_t sva, va;
9538         vm_size_t inc;
9539         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9540         pd_entry_t *pde, pd;
9541         pt_entry_t *pte;
9542         vm_page_t m;
9543         struct spglist spgf;
9544
9545         sva = (vm_offset_t)svaa;
9546         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9547             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9548                 return;
9549
9550         SLIST_INIT(&spgf);
9551         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9552             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9553             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9554         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9555         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9556                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9557                 pdp = *pdpe;
9558                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9559                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9560                     (u_long)pdpe, pdp));
9561                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9562                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9563                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9564                             (u_long)pdpe, pdp));
9565                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9566                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9567                             (u_long)pdpe, pdp));
9568                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9569                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9570                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9571                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9572                         *pdpe = 0;
9573                         inc = NBPDP;
9574                         continue;
9575                 }
9576                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9577                 pd = *pde;
9578                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9579                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9580                     (u_long)pde, pd));
9581                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9582                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9583                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9584                             (u_long)pde, pd));
9585                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9586                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9587                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9588                             pd, len));
9589                         pde_store(pde, 0);
9590                         inc = NBPDR;
9591                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9592                         m->ref_count--;
9593                         if (m->ref_count == 0) {
9594                                 *pdpe = 0;
9595                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9596                         }
9597                         continue;
9598                 }
9599                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9600                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9601                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9602                     (u_long)pte, *pte));
9603                 pte_clear(pte);
9604                 inc = PAGE_SIZE;
9605                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9606                 m->ref_count--;
9607                 if (m->ref_count == 0) {
9608                         *pde = 0;
9609                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9610                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9611                         m->ref_count--;
9612                         if (m->ref_count == 0) {
9613                                 *pdpe = 0;
9614                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9615                         }
9616                 }
9617         }
9618         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9619         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9620         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9621         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9622 }
9623
9624 static void
9625 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9626 {
9627
9628         mfence();
9629 }
9630
9631 static void
9632 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9633 {
9634
9635         atomic_thread_fence_seq_cst();
9636 }
9637
9638 static void
9639 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9640 {
9641 }
9642
9643 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9644 {
9645
9646         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9647                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9648         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9649             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9650                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9651         else
9652                 /* clflush is strongly enough ordered */
9653                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9654 }
9655
9656 static void
9657 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9658 {
9659
9660         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9661             va += cpu_clflush_line_size)
9662                 clwb(va);
9663 }
9664
9665 static void
9666 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9667 {
9668
9669         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9670             va += cpu_clflush_line_size)
9671                 clflushopt(va);
9672 }
9673
9674 static void
9675 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9676 {
9677
9678         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9679             va += cpu_clflush_line_size)
9680                 clflush(va);
9681 }
9682
9683 static void
9684 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9685 {
9686 }
9687
9688 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9689 {
9690
9691         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9692                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9693         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9694                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9695         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9696                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9697         else
9698                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9699 }
9700
9701 static void
9702 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9703 {
9704         volatile u_long *pe;
9705         u_long p;
9706         vm_offset_t va;
9707         vm_size_t inc;
9708         bool seen_other;
9709
9710         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9711                 inc = 0;
9712                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9713                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9714                         p = *pe;
9715                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9716                                 inc = NBPDP;
9717                 }
9718                 if (inc == 0) {
9719                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9720                         p = *pe;
9721                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9722                                 inc = NBPDR;
9723                 }
9724                 if (inc == 0) {
9725                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9726                         p = *pe;
9727                         inc = PAGE_SIZE;
9728                 }
9729                 seen_other = false;
9730                 for (;;) {
9731                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9732                                 /*
9733                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9734                                  * write-back.
9735                                  */
9736                                 cpu_spinwait();
9737                                 p = *pe;
9738
9739                                 /*
9740                                  * If we saw other write-back
9741                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9742                                  * indicate state of the cache.  The
9743                                  * PG_M bit is cleared before the
9744                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9745                                  * and writes which are relevant for
9746                                  * us might happen after.
9747                                  */
9748                                 seen_other = true;
9749                                 continue;
9750                         }
9751
9752                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9753                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9754                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9755                                         /*
9756                                          * If we saw PG_M without
9757                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9758                                          * next attempt we do not
9759                                          * observe either PG_M or
9760                                          * PG_AVAIL1, the other
9761                                          * write-back started after us
9762                                          * and finished before us.  We
9763                                          * can rely on it doing our
9764                                          * work.
9765                                          */
9766                                         continue;
9767                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9768                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9769                         }
9770                         break;
9771                 }
9772                 maybe_yield();
9773         }
9774 }
9775
9776 /*
9777  * Write-back cache lines for the given address range.
9778  *
9779  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9780  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9781  *
9782  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9783  * instructions support.
9784  */
9785 void
9786 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9787 {
9788         vm_offset_t eva, sva;
9789
9790         sva = (vm_offset_t)svap;
9791         eva = sva + len;
9792         pmap_large_map_wb_fence();
9793         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9794                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9795         } else {
9796                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9797                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9798                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9799                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9800         }
9801         pmap_large_map_wb_fence();
9802 }
9803
9804 static vm_page_t
9805 pmap_pti_alloc_page(void)
9806 {
9807         vm_page_t m;
9808
9809         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9810         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9811             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9812         return (m);
9813 }
9814
9815 static bool
9816 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9817 {
9818
9819         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9820         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9821                 return (false);
9822         vm_page_free_zero(m);
9823         return (true);
9824 }
9825
9826 static void
9827 pmap_pti_init(void)
9828 {
9829         vm_page_t pml4_pg;
9830         pdp_entry_t *pdpe;
9831         vm_offset_t va;
9832         int i;
9833
9834         if (!pti)
9835                 return;
9836         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9837         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9838         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9839         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9840         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9841             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9842                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9843                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9844         }
9845         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9846             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9847         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9848             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9849         CPU_FOREACH(i) {
9850                 /* Doublefault stack IST 1 */
9851                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
9852                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9853                 /* NMI stack IST 2 */
9854                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9855                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9856                 /* MC# stack IST 3 */
9857                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
9858                     sizeof(struct nmi_pcpu);
9859                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9860                 /* DB# stack IST 4 */
9861                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9862                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9863         }
9864         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9865             (vm_offset_t)etext, true);
9866         pti_finalized = true;
9867         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9868 }
9869 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9870
9871 static pdp_entry_t *
9872 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9873 {
9874         pml4_entry_t *pml4e;
9875         pdp_entry_t *pdpe;
9876         vm_page_t m;
9877         vm_pindex_t pml4_idx;
9878         vm_paddr_t mphys;
9879
9880         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9881
9882         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9883         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9884         m = NULL;
9885         if (*pml4e == 0) {
9886                 if (pti_finalized)
9887                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9888                 m = pmap_pti_alloc_page();
9889                 if (*pml4e != 0) {
9890                         pmap_pti_free_page(m);
9891                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9892                 } else {
9893                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9894                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9895                 }
9896         } else {
9897                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9898         }
9899         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9900         return (pdpe);
9901 }
9902
9903 static void
9904 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9905 {
9906         vm_page_t m;
9907
9908         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9909         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9910         m->ref_count++;
9911 }
9912
9913 static void
9914 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9915 {
9916         vm_page_t m;
9917
9918         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9919         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9920         MPASS(m->ref_count > 0);
9921         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9922         pmap_pti_free_page(m);
9923 }
9924
9925 static void
9926 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9927 {
9928         vm_page_t m;
9929         pd_entry_t *pde;
9930
9931         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9932         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9933         MPASS(m->ref_count > 0);
9934         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9935                 pde = pmap_pti_pde(va);
9936                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9937                 *pde = 0;
9938                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9939         }
9940 }
9941
9942 static pd_entry_t *
9943 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9944 {
9945         pdp_entry_t *pdpe;
9946         pd_entry_t *pde;
9947         vm_page_t m;
9948         vm_pindex_t pd_idx;
9949         vm_paddr_t mphys;
9950
9951         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9952
9953         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9954         if (*pdpe == 0) {
9955                 m = pmap_pti_alloc_page();
9956                 if (*pdpe != 0) {
9957                         pmap_pti_free_page(m);
9958                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9959                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9960                 } else {
9961                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9962                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9963                 }
9964         } else {
9965                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9966                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9967         }
9968
9969         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9970         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9971         pde += pd_idx;
9972         return (pde);
9973 }
9974
9975 static pt_entry_t *
9976 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9977 {
9978         pd_entry_t *pde;
9979         pt_entry_t *pte;
9980         vm_page_t m;
9981         vm_paddr_t mphys;
9982
9983         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9984
9985         pde = pmap_pti_pde(va);
9986         if (unwire_pde != NULL) {
9987                 *unwire_pde = true;
9988                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9989         }
9990         if (*pde == 0) {
9991                 m = pmap_pti_alloc_page();
9992                 if (*pde != 0) {
9993                         pmap_pti_free_page(m);
9994                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9995                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9996                 } else {
9997                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9998                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9999                         if (unwire_pde != NULL)
10000                                 *unwire_pde = false;
10001                 }
10002         } else {
10003                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10004                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10005         }
10006
10007         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10008         pte += pmap_pte_index(va);
10009
10010         return (pte);
10011 }
10012
10013 static void
10014 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10015 {
10016         vm_paddr_t pa;
10017         pd_entry_t *pde;
10018         pt_entry_t *pte, ptev;
10019         bool unwire_pde;
10020
10021         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10022
10023         sva = trunc_page(sva);
10024         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10025         eva = round_page(eva);
10026         MPASS(sva < eva);
10027         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10028                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10029                 pa = pmap_kextract(sva);
10030                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10031                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10032                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10033                 if (*pte == 0) {
10034                         pte_store(pte, ptev);
10035                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10036                 } else {
10037                         KASSERT(!pti_finalized,
10038                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10039                             sva, *pte, ptev));
10040                         KASSERT(*pte == ptev,
10041                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10042                             sva, *pte, ptev));
10043                 }
10044                 if (unwire_pde) {
10045                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10046                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10047                 }
10048         }
10049 }
10050
10051 void
10052 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10053 {
10054
10055         if (!pti)
10056                 return;
10057         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10058         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10059         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10060 }
10061
10062 void
10063 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10064 {
10065         pt_entry_t *pte;
10066         vm_offset_t va;
10067
10068         if (!pti)
10069                 return;
10070         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10071         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10072         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10073         MPASS(sva < eva);
10074         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10075         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10076                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10077                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10078                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10079                     (u_long)pte, *pte));
10080                 pte_clear(pte);
10081                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10082         }
10083         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10084         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10085 }
10086
10087 static void *
10088 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10089 {
10090         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10091
10092         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10093         if (new_node == NULL)
10094                 return (NULL);
10095         node = data;
10096         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10097         return (new_node);
10098 }
10099
10100 static void
10101 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10102 {
10103
10104         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10105 }
10106
10107 static int
10108 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10109     int flags)
10110 {
10111         struct pmap_pkru_range *ppr;
10112         int error;
10113
10114         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10115         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10116         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10117         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10118             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10119                 return (EBUSY);
10120         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10121         if (ppr == NULL)
10122                 return (ENOMEM);
10123         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10124         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10125         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10126         if (error != 0)
10127                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10128         return (error);
10129 }
10130
10131 static int
10132 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10133 {
10134
10135         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10136         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10137         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10138         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10139 }
10140
10141 static void
10142 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10143 {
10144
10145         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10146         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10147             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10148                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10149 }
10150
10151 static bool
10152 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10153 {
10154         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10155         vm_offset_t va;
10156
10157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10158         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10159             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10160             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10161                 return (true);
10162         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10163         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10164                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10165                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10166                         return (false);
10167                 if (ppr == NULL) {
10168                         va += PAGE_SIZE;
10169                         continue;
10170                 }
10171                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10172                         return (false);
10173                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10174         }
10175         return (true);
10176 }
10177
10178 static pt_entry_t
10179 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10180 {
10181         struct pmap_pkru_range *ppr;
10182
10183         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10184         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10185             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10186             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10187                 return (0);
10188         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10189         if (ppr != NULL)
10190                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10191         return (0);
10192 }
10193
10194 static bool
10195 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10196 {
10197         struct pmap_pkru_range *ppr;
10198
10199         ppr = r;
10200         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10201 }
10202
10203 static void
10204 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10205 {
10206
10207         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10208         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10209             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10210                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10211                     pred_pkru_on_remove);
10212         }
10213 }
10214
10215 static int
10216 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10217 {
10218
10219         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10220         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10221         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10222         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10223         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10224         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10225                 return (0);
10226         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10227 }
10228
10229 static void
10230 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10231     u_int keyidx)
10232 {
10233         pml4_entry_t *pml4e;
10234         pdp_entry_t *pdpe;
10235         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10236         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10237         vm_offset_t va, va_next;
10238         bool changed;
10239
10240         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10241         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10242         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10243
10244         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10245                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10246                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10247                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10248                         if (va_next < va)
10249                                 va_next = eva;
10250                         continue;
10251                 }
10252
10253                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10254                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10255                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10256                         if (va_next < va)
10257                                 va_next = eva;
10258                         continue;
10259                 }
10260
10261                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10262                 if (va_next < va)
10263                         va_next = eva;
10264
10265                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10266                 ptpaddr = *pde;
10267                 if (ptpaddr == 0)
10268                         continue;
10269
10270                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10271                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10272                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10273                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10274                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10275                                 if (newpde != ptpaddr) {
10276                                         *pde = newpde;
10277                                         changed = true;
10278                                 }
10279                                 continue;
10280                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10281                                 continue;
10282                         }
10283                 }
10284
10285                 if (va_next > eva)
10286                         va_next = eva;
10287
10288                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10289                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10290                         pte = *ptep;
10291                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10292                                 continue;
10293                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10294                         if (newpte != pte) {
10295                                 *ptep = newpte;
10296                                 changed = true;
10297                         }
10298                 }
10299         }
10300         if (changed)
10301                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10302 }
10303
10304 static int
10305 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10306     u_int keyidx, int flags)
10307 {
10308
10309         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10310             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10311                 return (EINVAL);
10312         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10313                 return (EFAULT);
10314         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10315                 return (ENOTSUP);
10316         return (0);
10317 }
10318
10319 int
10320 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10321     int flags)
10322 {
10323         int error;
10324
10325         sva = trunc_page(sva);
10326         eva = round_page(eva);
10327         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10328         if (error != 0)
10329                 return (error);
10330         for (;;) {
10331                 PMAP_LOCK(pmap);
10332                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10333                 if (error == 0)
10334                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10335                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10336                 if (error != ENOMEM)
10337                         break;
10338                 vm_wait(NULL);
10339         }
10340         return (error);
10341 }
10342
10343 int
10344 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10345 {
10346         int error;
10347
10348         sva = trunc_page(sva);
10349         eva = round_page(eva);
10350         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10351         if (error != 0)
10352                 return (error);
10353         for (;;) {
10354                 PMAP_LOCK(pmap);
10355                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10356                 if (error == 0)
10357                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10358                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10359                 if (error != ENOMEM)
10360                         break;
10361                 vm_wait(NULL);
10362         }
10363         return (error);
10364 }
10365
10366 /*
10367  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10368  * in various mapping attributes.
10369  */
10370 struct pmap_kernel_map_range {
10371         vm_offset_t sva;
10372         pt_entry_t attrs;
10373         int ptes;
10374         int pdes;
10375         int pdpes;
10376 };
10377
10378 static void
10379 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10380     vm_offset_t eva)
10381 {
10382         const char *mode;
10383         int i, pat_idx;
10384
10385         if (eva <= range->sva)
10386                 return;
10387
10388         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10389         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10390                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10391                         break;
10392
10393         switch (i) {
10394         case PAT_WRITE_BACK:
10395                 mode = "WB";
10396                 break;
10397         case PAT_WRITE_THROUGH:
10398                 mode = "WT";
10399                 break;
10400         case PAT_UNCACHEABLE:
10401                 mode = "UC";
10402                 break;
10403         case PAT_UNCACHED:
10404                 mode = "U-";
10405                 break;
10406         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10407                 mode = "WP";
10408                 break;
10409         case PAT_WRITE_COMBINING:
10410                 mode = "WC";
10411                 break;
10412         default:
10413                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10414                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10415                 mode = "??";
10416                 break;
10417         }
10418
10419         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10420             range->sva, eva,
10421             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10422             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10423             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10424             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10425             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10426
10427         /* Reset to sentinel value. */
10428         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10429 }
10430
10431 /*
10432  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10433  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10434  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10435  */
10436 static bool
10437 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10438 {
10439         pt_entry_t diff, mask;
10440
10441         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10442         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10443         if (diff == 0)
10444                 return (true);
10445         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10446             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10447             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10448                 return (true);
10449         return (false);
10450 }
10451
10452 static void
10453 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10454     pt_entry_t attrs)
10455 {
10456
10457         memset(range, 0, sizeof(*range));
10458         range->sva = va;
10459         range->attrs = attrs;
10460 }
10461
10462 /*
10463  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10464  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10465  * begin a new run.
10466  */
10467 static void
10468 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10469     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10470     pt_entry_t pte)
10471 {
10472         pt_entry_t attrs;
10473
10474         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10475
10476         attrs |= pdpe & pg_nx;
10477         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10478         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10479                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10480         } else if (pde != 0) {
10481                 attrs |= pde & pg_nx;
10482                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10483         }
10484         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10485                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10486         } else if (pte != 0) {
10487                 attrs |= pte & pg_nx;
10488                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10489                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10490
10491                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10492                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10493                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10494         }
10495
10496         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10497                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10498                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10499         }
10500 }
10501
10502 static int
10503 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10504 {
10505         struct pmap_kernel_map_range range;
10506         struct sbuf sbuf, *sb;
10507         pml4_entry_t pml4e;
10508         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10509         pd_entry_t *pd, pde;
10510         pt_entry_t *pt, pte;
10511         vm_offset_t sva;
10512         vm_paddr_t pa;
10513         int error, i, j, k, l;
10514
10515         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10516         if (error != 0)
10517                 return (error);
10518         sb = &sbuf;
10519         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10520
10521         /* Sentinel value. */
10522         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10523
10524         /*
10525          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10526          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10527          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10528          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10529          * valid before descending.
10530          */
10531         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10532                 switch (i) {
10533                 case PML4PML4I:
10534                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10535                         break;
10536                 case DMPML4I:
10537                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10538                         break;
10539                 case KPML4BASE:
10540                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10541                         break;
10542                 case LMSPML4I:
10543                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10544                         break;
10545                 }
10546
10547                 /* Convert to canonical form. */
10548                 if (sva == 1ul << 47)
10549                         sva |= -1ul << 48;
10550
10551 restart:
10552                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10553                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10554                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10555                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10556                         sva += NBPML4;
10557                         continue;
10558                 }
10559                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10560                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10561
10562                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10563                         pdpe = pdp[j];
10564                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10565                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10566                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10567                                 sva += NBPDP;
10568                                 continue;
10569                         }
10570                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10571                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10572                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10573                                 goto restart;
10574                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10575                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10576                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10577                                     0, 0);
10578                                 range.pdpes++;
10579                                 sva += NBPDP;
10580                                 continue;
10581                         }
10582                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10583
10584                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10585                                 pde = pd[k];
10586                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10587                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10588                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10589                                         sva += NBPDR;
10590                                         continue;
10591                                 }
10592                                 pa = pde & PG_FRAME;
10593                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10594                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10595                                         goto restart;
10596                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10597                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10598                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10599                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10600                                         range.pdes++;
10601                                         sva += NBPDR;
10602                                         continue;
10603                                 }
10604                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10605
10606                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10607                                     sva += PAGE_SIZE) {
10608                                         pte = pt[l];
10609                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10610                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10611                                                     sva);
10612                                                 continue;
10613                                         }
10614                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10615                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10616                                         range.ptes++;
10617                                 }
10618                         }
10619                 }
10620         }
10621
10622         error = sbuf_finish(sb);
10623         sbuf_delete(sb);
10624         return (error);
10625 }
10626 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10627     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10628     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10629     "Dump kernel address layout");
10630
10631 #ifdef DDB
10632 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10633 {
10634         pmap_t pmap;
10635         pml4_entry_t *pml4;
10636         pdp_entry_t *pdp;
10637         pd_entry_t *pde;
10638         pt_entry_t *pte, PG_V;
10639         vm_offset_t va;
10640
10641         if (!have_addr) {
10642                 db_printf("show pte addr\n");
10643                 return;
10644         }
10645         va = (vm_offset_t)addr;
10646
10647         if (kdb_thread != NULL)
10648                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10649         else
10650                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10651
10652         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10653         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10654         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10655         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10656                 db_printf("\n");
10657                 return;
10658         }
10659         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10660         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10661         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10662                 db_printf("\n");
10663                 return;
10664         }
10665         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10666         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10667         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10668                 db_printf("\n");
10669                 return;
10670         }
10671         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10672         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10673 }
10674
10675 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10676 {
10677         vm_paddr_t a;
10678
10679         if (have_addr) {
10680                 a = (vm_paddr_t)addr;
10681                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10682         } else {
10683                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10684         }
10685 }
10686 #endif