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