]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Merge bmake-20200606
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
3  *
4  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 1994 David Greenman
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
11  * All rights reserved.
12  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
13  * All rights reserved.
14  *
15  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
16  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
17  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
18  *
19  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
20  * modification, are permitted provided that the following conditions
21  * are met:
22  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
24  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
25  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
26  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
27  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
28  *    must display the following acknowledgement:
29  *      This product includes software developed by the University of
30  *      California, Berkeley and its contributors.
31  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
32  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
33  *    without specific prior written permission.
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
36  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
38  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
39  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
40  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
41  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
42  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
43  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
44  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
45  * SUCH DAMAGE.
46  *
47  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
48  */
49 /*-
50  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
51  * Copyright (c) 2014-2019 The FreeBSD Foundation
52  * All rights reserved.
53  *
54  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
55  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
56  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
57  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
58  * CHATS research program.
59  *
60  * Portions of this software were developed by
61  * Konstantin Belousov <kib@FreeBSD.org> under sponsorship from
62  * the FreeBSD Foundation.
63  *
64  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
65  * modification, are permitted provided that the following conditions
66  * are met:
67  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
68  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
69  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
70  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
71  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
72  *
73  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
74  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
75  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
76  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
77  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
78  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
79  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
80  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
81  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
82  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
83  * SUCH DAMAGE.
84  */
85
86 #define AMD64_NPT_AWARE
87
88 #include <sys/cdefs.h>
89 __FBSDID("$FreeBSD$");
90
91 /*
92  *      Manages physical address maps.
93  *
94  *      Since the information managed by this module is
95  *      also stored by the logical address mapping module,
96  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
97  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
98  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
99  *      requested.
100  *
101  *      In order to cope with hardware architectures which
102  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
103  *      this module may delay invalidate or reduced protection
104  *      operations until such time as they are actually
105  *      necessary.  This module is given full information as
106  *      to which processors are currently using which maps,
107  *      and to when physical maps must be made correct.
108  */
109
110 #include "opt_ddb.h"
111 #include "opt_pmap.h"
112 #include "opt_vm.h"
113
114 #include <sys/param.h>
115 #include <sys/bitstring.h>
116 #include <sys/bus.h>
117 #include <sys/systm.h>
118 #include <sys/kernel.h>
119 #include <sys/ktr.h>
120 #include <sys/lock.h>
121 #include <sys/malloc.h>
122 #include <sys/mman.h>
123 #include <sys/mutex.h>
124 #include <sys/proc.h>
125 #include <sys/rangeset.h>
126 #include <sys/rwlock.h>
127 #include <sys/sbuf.h>
128 #include <sys/sx.h>
129 #include <sys/turnstile.h>
130 #include <sys/vmem.h>
131 #include <sys/vmmeter.h>
132 #include <sys/sched.h>
133 #include <sys/sysctl.h>
134 #include <sys/smp.h>
135 #ifdef DDB
136 #include <sys/kdb.h>
137 #include <ddb/ddb.h>
138 #endif
139
140 #include <vm/vm.h>
141 #include <vm/vm_param.h>
142 #include <vm/vm_kern.h>
143 #include <vm/vm_page.h>
144 #include <vm/vm_map.h>
145 #include <vm/vm_object.h>
146 #include <vm/vm_extern.h>
147 #include <vm/vm_pageout.h>
148 #include <vm/vm_pager.h>
149 #include <vm/vm_phys.h>
150 #include <vm/vm_radix.h>
151 #include <vm/vm_reserv.h>
152 #include <vm/uma.h>
153
154 #include <machine/intr_machdep.h>
155 #include <x86/apicvar.h>
156 #include <x86/ifunc.h>
157 #include <machine/cpu.h>
158 #include <machine/cputypes.h>
159 #include <machine/md_var.h>
160 #include <machine/pcb.h>
161 #include <machine/specialreg.h>
162 #ifdef SMP
163 #include <machine/smp.h>
164 #endif
165 #include <machine/sysarch.h>
166 #include <machine/tss.h>
167
168 #ifdef NUMA
169 #define PMAP_MEMDOM     MAXMEMDOM
170 #else
171 #define PMAP_MEMDOM     1
172 #endif
173
174 static __inline boolean_t
175 pmap_type_guest(pmap_t pmap)
176 {
177
178         return ((pmap->pm_type == PT_EPT) || (pmap->pm_type == PT_RVI));
179 }
180
181 static __inline boolean_t
182 pmap_emulate_ad_bits(pmap_t pmap)
183 {
184
185         return ((pmap->pm_flags & PMAP_EMULATE_AD_BITS) != 0);
186 }
187
188 static __inline pt_entry_t
189 pmap_valid_bit(pmap_t pmap)
190 {
191         pt_entry_t mask;
192
193         switch (pmap->pm_type) {
194         case PT_X86:
195         case PT_RVI:
196                 mask = X86_PG_V;
197                 break;
198         case PT_EPT:
199                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
200                         mask = EPT_PG_EMUL_V;
201                 else
202                         mask = EPT_PG_READ;
203                 break;
204         default:
205                 panic("pmap_valid_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
206         }
207
208         return (mask);
209 }
210
211 static __inline pt_entry_t
212 pmap_rw_bit(pmap_t pmap)
213 {
214         pt_entry_t mask;
215
216         switch (pmap->pm_type) {
217         case PT_X86:
218         case PT_RVI:
219                 mask = X86_PG_RW;
220                 break;
221         case PT_EPT:
222                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
223                         mask = EPT_PG_EMUL_RW;
224                 else
225                         mask = EPT_PG_WRITE;
226                 break;
227         default:
228                 panic("pmap_rw_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
229         }
230
231         return (mask);
232 }
233
234 static pt_entry_t pg_g;
235
236 static __inline pt_entry_t
237 pmap_global_bit(pmap_t pmap)
238 {
239         pt_entry_t mask;
240
241         switch (pmap->pm_type) {
242         case PT_X86:
243                 mask = pg_g;
244                 break;
245         case PT_RVI:
246         case PT_EPT:
247                 mask = 0;
248                 break;
249         default:
250                 panic("pmap_global_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
251         }
252
253         return (mask);
254 }
255
256 static __inline pt_entry_t
257 pmap_accessed_bit(pmap_t pmap)
258 {
259         pt_entry_t mask;
260
261         switch (pmap->pm_type) {
262         case PT_X86:
263         case PT_RVI:
264                 mask = X86_PG_A;
265                 break;
266         case PT_EPT:
267                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
268                         mask = EPT_PG_READ;
269                 else
270                         mask = EPT_PG_A;
271                 break;
272         default:
273                 panic("pmap_accessed_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
274         }
275
276         return (mask);
277 }
278
279 static __inline pt_entry_t
280 pmap_modified_bit(pmap_t pmap)
281 {
282         pt_entry_t mask;
283
284         switch (pmap->pm_type) {
285         case PT_X86:
286         case PT_RVI:
287                 mask = X86_PG_M;
288                 break;
289         case PT_EPT:
290                 if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
291                         mask = EPT_PG_WRITE;
292                 else
293                         mask = EPT_PG_M;
294                 break;
295         default:
296                 panic("pmap_modified_bit: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
297         }
298
299         return (mask);
300 }
301
302 static __inline pt_entry_t
303 pmap_pku_mask_bit(pmap_t pmap)
304 {
305
306         return (pmap->pm_type == PT_X86 ? X86_PG_PKU_MASK : 0);
307 }
308
309 #if !defined(DIAGNOSTIC)
310 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
311 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
312 #else
313 #define PMAP_INLINE     extern inline
314 #endif
315 #else
316 #define PMAP_INLINE
317 #endif
318
319 #ifdef PV_STATS
320 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
321 #else
322 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
323 #endif
324
325 #undef pa_index
326 #ifdef NUMA
327 #define pa_index(pa)    ({                                      \
328         KASSERT((pa) <= vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end,    \
329             ("address %lx beyond the last segment", (pa)));     \
330         (pa) >> PDRSHIFT;                                       \
331 })
332 #define pa_to_pmdp(pa)  (&pv_table[pa_index(pa)])
333 #define pa_to_pvh(pa)   (&(pa_to_pmdp(pa)->pv_page))
334 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        ({                      \
335         struct rwlock *_lock;                                   \
336         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))               \
337                 _lock = &pv_dummy_large.pv_lock;                \
338         else                                                    \
339                 _lock = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_lock);             \
340         _lock;                                                  \
341 })
342 #else
343 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
344 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
345
346 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
347
348 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
349                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
350 #endif
351
352 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
353         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
354         struct rwlock *_new_lock;                       \
355                                                         \
356         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
357         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
358                 if (*_lockp != NULL)                    \
359                         rw_wunlock(*_lockp);            \
360                 *_lockp = _new_lock;                    \
361                 rw_wlock(*_lockp);                      \
362         }                                               \
363 } while (0)
364
365 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
366                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
367
368 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
369         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
370                                                         \
371         if (*_lockp != NULL) {                          \
372                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
373                 *_lockp = NULL;                         \
374         }                                               \
375 } while (0)
376
377 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
378                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
379
380 struct pmap kernel_pmap_store;
381
382 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
383 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
384
385 int nkpt;
386 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
387     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
388
389 static int ndmpdp;
390 vm_paddr_t dmaplimit;
391 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
392 pt_entry_t pg_nx;
393
394 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
395     "VM/pmap parameters");
396
397 static int pg_ps_enabled = 1;
398 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
399     &pg_ps_enabled, 0, "Are large page mappings enabled?");
400
401 #define PAT_INDEX_SIZE  8
402 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
403
404 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
405 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
406 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
407 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
408
409 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
410 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
411 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
412
413 static vm_paddr_t       KERNend;        /* phys addr of end of bootstrap data */
414
415 /*
416  * pmap_mapdev support pre initialization (i.e. console)
417  */
418 #define PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT      8
419 static struct pmap_preinit_mapping {
420         vm_paddr_t      pa;
421         vm_offset_t     va;
422         vm_size_t       sz;
423         int             mode;
424 } pmap_preinit_mapping[PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT];
425 static int pmap_initialized;
426
427 /*
428  * Data for the pv entry allocation mechanism.
429  * Updates to pv_invl_gen are protected by the pv list lock but reads are not.
430  */
431 #ifdef NUMA
432 static __inline int
433 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc)
434 {
435
436         return (_vm_phys_domain(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc)));
437 }
438 #else
439 static __inline int
440 pc_to_domain(struct pv_chunk *pc __unused)
441 {
442
443         return (0);
444 }
445 #endif
446
447 struct pv_chunks_list {
448         struct mtx pvc_lock;
449         TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pvc_list;
450         int active_reclaims;
451 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
452
453 struct pv_chunks_list __exclusive_cache_line pv_chunks[PMAP_MEMDOM];
454
455 #ifdef  NUMA
456 struct pmap_large_md_page {
457         struct rwlock   pv_lock;
458         struct md_page  pv_page;
459         u_long pv_invl_gen;
460 };
461 __exclusive_cache_line static struct pmap_large_md_page pv_dummy_large;
462 #define pv_dummy pv_dummy_large.pv_page
463 __read_mostly static struct pmap_large_md_page *pv_table;
464 __read_mostly vm_paddr_t pmap_last_pa;
465 #else
466 static struct rwlock __exclusive_cache_line pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
467 static u_long pv_invl_gen[NPV_LIST_LOCKS];
468 static struct md_page *pv_table;
469 static struct md_page pv_dummy;
470 #endif
471
472 /*
473  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
474  */
475 pt_entry_t *CMAP1 = NULL;
476 caddr_t CADDR1 = 0;
477 static vm_offset_t qframe = 0;
478 static struct mtx qframe_mtx;
479
480 static int pmap_flags = PMAP_PDE_SUPERPAGE;     /* flags for x86 pmaps */
481
482 static vmem_t *large_vmem;
483 static u_int lm_ents;
484 #define PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)    ((va) >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS && \
485         (va) < LARGEMAP_MIN_ADDRESS + NBPML4 * (u_long)lm_ents)
486
487 int pmap_pcid_enabled = 1;
488 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
489     &pmap_pcid_enabled, 0, "Is TLB Context ID enabled ?");
490 int invpcid_works = 0;
491 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invpcid_works, CTLFLAG_RD, &invpcid_works, 0,
492     "Is the invpcid instruction available ?");
493
494 int __read_frequently pti = 0;
495 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pti, CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
496     &pti, 0,
497     "Page Table Isolation enabled");
498 static vm_object_t pti_obj;
499 static pml4_entry_t *pti_pml4;
500 static vm_pindex_t pti_pg_idx;
501 static bool pti_finalized;
502
503 struct pmap_pkru_range {
504         struct rs_el    pkru_rs_el;
505         u_int           pkru_keyidx;
506         int             pkru_flags;
507 };
508
509 static uma_zone_t pmap_pkru_ranges_zone;
510 static bool pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
511 static pt_entry_t pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
512 static void pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
513 static void *pkru_dup_range(void *ctx, void *data);
514 static void pkru_free_range(void *ctx, void *node);
515 static int pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap);
516 static int pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva);
517 static void pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap);
518
519 static int
520 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
521 {
522         int i;
523         uint64_t res;
524
525         res = 0;
526         CPU_FOREACH(i) {
527                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
528         }
529         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
530 }
531 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RD |
532     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
533     "Count of saved TLB context on switch");
534
535 static LIST_HEAD(, pmap_invl_gen) pmap_invl_gen_tracker =
536     LIST_HEAD_INITIALIZER(&pmap_invl_gen_tracker);
537 static struct mtx invl_gen_mtx;
538 /* Fake lock object to satisfy turnstiles interface. */
539 static struct lock_object invl_gen_ts = {
540         .lo_name = "invlts",
541 };
542 static struct pmap_invl_gen pmap_invl_gen_head = {
543         .gen = 1,
544         .next = NULL,
545 };
546 static u_long pmap_invl_gen = 1;
547 static int pmap_invl_waiters;
548 static struct callout pmap_invl_callout;
549 static bool pmap_invl_callout_inited;
550
551 #define PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI() \
552     KASSERT(pmap_not_in_di(), ("DI already started"))
553
554 static bool
555 pmap_di_locked(void)
556 {
557         int tun;
558
559         if ((cpu_feature2 & CPUID2_CX16) == 0)
560                 return (true);
561         tun = 0;
562         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.di_locked", &tun);
563         return (tun != 0);
564 }
565
566 static int
567 sysctl_pmap_di_locked(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
568 {
569         int locked;
570
571         locked = pmap_di_locked();
572         return (sysctl_handle_int(oidp, &locked, 0, req));
573 }
574 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, di_locked, CTLTYPE_INT | CTLFLAG_RDTUN |
575     CTLFLAG_MPSAFE, 0, 0, sysctl_pmap_di_locked, "",
576     "Locked delayed invalidation");
577
578 static bool pmap_not_in_di_l(void);
579 static bool pmap_not_in_di_u(void);
580 DEFINE_IFUNC(, bool, pmap_not_in_di, (void))
581 {
582
583         return (pmap_di_locked() ? pmap_not_in_di_l : pmap_not_in_di_u);
584 }
585
586 static bool
587 pmap_not_in_di_l(void)
588 {
589         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
590
591         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
592         return (invl_gen->gen == 0);
593 }
594
595 static void
596 pmap_thread_init_invl_gen_l(struct thread *td)
597 {
598         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
599
600         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
601         invl_gen->gen = 0;
602 }
603
604 static void
605 pmap_delayed_invl_wait_block(u_long *m_gen, u_long *invl_gen)
606 {
607         struct turnstile *ts;
608
609         ts = turnstile_trywait(&invl_gen_ts);
610         if (*m_gen > atomic_load_long(invl_gen))
611                 turnstile_wait(ts, NULL, TS_SHARED_QUEUE);
612         else
613                 turnstile_cancel(ts);
614 }
615
616 static void
617 pmap_delayed_invl_finish_unblock(u_long new_gen)
618 {
619         struct turnstile *ts;
620
621         turnstile_chain_lock(&invl_gen_ts);
622         ts = turnstile_lookup(&invl_gen_ts);
623         if (new_gen != 0)
624                 pmap_invl_gen = new_gen;
625         if (ts != NULL) {
626                 turnstile_broadcast(ts, TS_SHARED_QUEUE);
627                 turnstile_unpend(ts);
628         }
629         turnstile_chain_unlock(&invl_gen_ts);
630 }
631
632 /*
633  * Start a new Delayed Invalidation (DI) block of code, executed by
634  * the current thread.  Within a DI block, the current thread may
635  * destroy both the page table and PV list entries for a mapping and
636  * then release the corresponding PV list lock before ensuring that
637  * the mapping is flushed from the TLBs of any processors with the
638  * pmap active.
639  */
640 static void
641 pmap_delayed_invl_start_l(void)
642 {
643         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
644         u_long currgen;
645
646         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
647         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
648         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
649         if (LIST_EMPTY(&pmap_invl_gen_tracker))
650                 currgen = pmap_invl_gen;
651         else
652                 currgen = LIST_FIRST(&pmap_invl_gen_tracker)->gen;
653         invl_gen->gen = currgen + 1;
654         LIST_INSERT_HEAD(&pmap_invl_gen_tracker, invl_gen, link);
655         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
656 }
657
658 /*
659  * Finish the DI block, previously started by the current thread.  All
660  * required TLB flushes for the pages marked by
661  * pmap_delayed_invl_page() must be finished before this function is
662  * called.
663  *
664  * This function works by bumping the global DI generation number to
665  * the generation number of the current thread's DI, unless there is a
666  * pending DI that started earlier.  In the latter case, bumping the
667  * global DI generation number would incorrectly signal that the
668  * earlier DI had finished.  Instead, this function bumps the earlier
669  * DI's generation number to match the generation number of the
670  * current thread's DI.
671  */
672 static void
673 pmap_delayed_invl_finish_l(void)
674 {
675         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *next;
676
677         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
678         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start"));
679         mtx_lock(&invl_gen_mtx);
680         next = LIST_NEXT(invl_gen, link);
681         if (next == NULL)
682                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(invl_gen->gen);
683         else
684                 next->gen = invl_gen->gen;
685         LIST_REMOVE(invl_gen, link);
686         mtx_unlock(&invl_gen_mtx);
687         invl_gen->gen = 0;
688 }
689
690 static bool
691 pmap_not_in_di_u(void)
692 {
693         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
694
695         invl_gen = &curthread->td_md.md_invl_gen;
696         return (((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0);
697 }
698
699 static void
700 pmap_thread_init_invl_gen_u(struct thread *td)
701 {
702         struct pmap_invl_gen *invl_gen;
703
704         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
705         invl_gen->gen = 0;
706         invl_gen->next = (void *)PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID;
707 }
708
709 static bool
710 pmap_di_load_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *out)
711 {
712         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
713         char res;
714
715         old_low = new_low = 0;
716         old_high = new_high = (uintptr_t)0;
717
718         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
719             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
720             : "b"(new_low), "c" (new_high)
721             : "memory", "cc");
722         if (res == 0) {
723                 if ((old_high & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0)
724                         return (false);
725                 out->gen = old_low;
726                 out->next = (void *)old_high;
727         } else {
728                 out->gen = new_low;
729                 out->next = (void *)new_high;
730         }
731         return (true);
732 }
733
734 static bool
735 pmap_di_store_invl(struct pmap_invl_gen *ptr, struct pmap_invl_gen *old_val,
736     struct pmap_invl_gen *new_val)
737 {
738         uint64_t new_high, new_low, old_high, old_low;
739         char res;
740
741         new_low = new_val->gen;
742         new_high = (uintptr_t)new_val->next;
743         old_low = old_val->gen;
744         old_high = (uintptr_t)old_val->next;
745
746         __asm volatile("lock;cmpxchg16b\t%1"
747             : "=@cce" (res), "+m" (*ptr), "+a" (old_low), "+d" (old_high)
748             : "b"(new_low), "c" (new_high)
749             : "memory", "cc");
750         return (res);
751 }
752
753 #ifdef PV_STATS
754 static long invl_start_restart;
755 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_start_restart, CTLFLAG_RD,
756     &invl_start_restart, 0,
757     "");
758 static long invl_finish_restart;
759 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_finish_restart, CTLFLAG_RD,
760     &invl_finish_restart, 0,
761     "");
762 static int invl_max_qlen;
763 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_max_qlen, CTLFLAG_RD,
764     &invl_max_qlen, 0,
765     "");
766 #endif
767
768 #define di_delay        locks_delay
769
770 static void
771 pmap_delayed_invl_start_u(void)
772 {
773         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p, prev, new_prev;
774         struct thread *td;
775         struct lock_delay_arg lda;
776         uintptr_t prevl;
777         u_char pri;
778 #ifdef PV_STATS
779         int i, ii;
780 #endif
781
782         td = curthread;
783         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
784         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
785         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
786         invl_gen->saved_pri = 0;
787         pri = td->td_base_pri;
788         if (pri > PVM) {
789                 thread_lock(td);
790                 pri = td->td_base_pri;
791                 if (pri > PVM) {
792                         invl_gen->saved_pri = pri;
793                         sched_prio(td, PVM);
794                 }
795                 thread_unlock(td);
796         }
797 again:
798         PV_STAT(i = 0);
799         for (p = &pmap_invl_gen_head;; p = prev.next) {
800                 PV_STAT(i++);
801                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
802                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
803                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
804                         lock_delay(&lda);
805                         goto again;
806                 }
807                 if (prevl == 0)
808                         break;
809                 prev.next = (void *)prevl;
810         }
811 #ifdef PV_STATS
812         if ((ii = invl_max_qlen) < i)
813                 atomic_cmpset_int(&invl_max_qlen, ii, i);
814 #endif
815
816         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != NULL) {
817                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
818                 lock_delay(&lda);
819                 goto again;
820         }
821
822         new_prev.gen = prev.gen;
823         new_prev.next = invl_gen;
824         invl_gen->gen = prev.gen + 1;
825
826         /* Formal fence between store to invl->gen and updating *p. */
827         atomic_thread_fence_rel();
828
829         /*
830          * After inserting an invl_gen element with invalid bit set,
831          * this thread blocks any other thread trying to enter the
832          * delayed invalidation block.  Do not allow to remove us from
833          * the CPU, because it causes starvation for other threads.
834          */
835         critical_enter();
836
837         /*
838          * ABA for *p is not possible there, since p->gen can only
839          * increase.  So if the *p thread finished its di, then
840          * started a new one and got inserted into the list at the
841          * same place, its gen will appear greater than the previously
842          * read gen.
843          */
844         if (!pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev)) {
845                 critical_exit();
846                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_start_restart, 1));
847                 lock_delay(&lda);
848                 goto again;
849         }
850
851         /*
852          * There we clear PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID in
853          * invl_gen->next, allowing other threads to iterate past us.
854          * pmap_di_store_invl() provides fence between the generation
855          * write and the update of next.
856          */
857         invl_gen->next = NULL;
858         critical_exit();
859 }
860
861 static bool
862 pmap_delayed_invl_finish_u_crit(struct pmap_invl_gen *invl_gen,
863     struct pmap_invl_gen *p)
864 {
865         struct pmap_invl_gen prev, new_prev;
866         u_long mygen;
867
868         /*
869          * Load invl_gen->gen after setting invl_gen->next
870          * PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID.  This prevents larger
871          * generations to propagate to our invl_gen->gen.  Lock prefix
872          * in atomic_set_ptr() worked as seq_cst fence.
873          */
874         mygen = atomic_load_long(&invl_gen->gen);
875
876         if (!pmap_di_load_invl(p, &prev) || prev.next != invl_gen)
877                 return (false);
878
879         KASSERT(prev.gen < mygen,
880             ("invalid di gen sequence %lu %lu", prev.gen, mygen));
881         new_prev.gen = mygen;
882         new_prev.next = (void *)((uintptr_t)invl_gen->next &
883             ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
884
885         /* Formal fence between load of prev and storing update to it. */
886         atomic_thread_fence_rel();
887
888         return (pmap_di_store_invl(p, &prev, &new_prev));
889 }
890
891 static void
892 pmap_delayed_invl_finish_u(void)
893 {
894         struct pmap_invl_gen *invl_gen, *p;
895         struct thread *td;
896         struct lock_delay_arg lda;
897         uintptr_t prevl;
898
899         td = curthread;
900         invl_gen = &td->td_md.md_invl_gen;
901         KASSERT(invl_gen->gen != 0, ("missed invl_start: gen 0"));
902         KASSERT(((uintptr_t)invl_gen->next & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) == 0,
903             ("missed invl_start: INVALID"));
904         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
905
906 again:
907         for (p = &pmap_invl_gen_head; p != NULL; p = (void *)prevl) {
908                 prevl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
909                 if ((prevl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0) {
910                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
911                         lock_delay(&lda);
912                         goto again;
913                 }
914                 if ((void *)prevl == invl_gen)
915                         break;
916         }
917
918         /*
919          * It is legitimate to not find ourself on the list if a
920          * thread before us finished its DI and started it again.
921          */
922         if (__predict_false(p == NULL)) {
923                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
924                 lock_delay(&lda);
925                 goto again;
926         }
927
928         critical_enter();
929         atomic_set_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
930             PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
931         if (!pmap_delayed_invl_finish_u_crit(invl_gen, p)) {
932                 atomic_clear_ptr((uintptr_t *)&invl_gen->next,
933                     PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
934                 critical_exit();
935                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_finish_restart, 1));
936                 lock_delay(&lda);
937                 goto again;
938         }
939         critical_exit();
940         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) > 0)
941                 pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
942         if (invl_gen->saved_pri != 0) {
943                 thread_lock(td);
944                 sched_prio(td, invl_gen->saved_pri);
945                 thread_unlock(td);
946         }
947 }
948
949 #ifdef DDB
950 DB_SHOW_COMMAND(di_queue, pmap_di_queue)
951 {
952         struct pmap_invl_gen *p, *pn;
953         struct thread *td;
954         uintptr_t nextl;
955         bool first;
956
957         for (p = &pmap_invl_gen_head, first = true; p != NULL; p = pn,
958             first = false) {
959                 nextl = (uintptr_t)atomic_load_ptr(&p->next);
960                 pn = (void *)(nextl & ~PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID);
961                 td = first ? NULL : __containerof(p, struct thread,
962                     td_md.md_invl_gen);
963                 db_printf("gen %lu inv %d td %p tid %d\n", p->gen,
964                     (nextl & PMAP_INVL_GEN_NEXT_INVALID) != 0, td,
965                     td != NULL ? td->td_tid : -1);
966         }
967 }
968 #endif
969
970 #ifdef PV_STATS
971 static long invl_wait;
972 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait, CTLFLAG_RD, &invl_wait, 0,
973     "Number of times DI invalidation blocked pmap_remove_all/write");
974 static long invl_wait_slow;
975 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, invl_wait_slow, CTLFLAG_RD, &invl_wait_slow, 0,
976     "Number of slow invalidation waits for lockless DI");
977 #endif
978
979 #ifdef NUMA
980 static u_long *
981 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
982 {
983         vm_paddr_t pa;
984         u_long *gen;
985
986         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
987         if (__predict_false((pa) > pmap_last_pa))
988                 gen = &pv_dummy_large.pv_invl_gen;
989         else
990                 gen = &(pa_to_pmdp(pa)->pv_invl_gen);
991
992         return (gen);
993 }
994 #else
995 static u_long *
996 pmap_delayed_invl_genp(vm_page_t m)
997 {
998
999         return (&pv_invl_gen[pa_index(VM_PAGE_TO_PHYS(m)) % NPV_LIST_LOCKS]);
1000 }
1001 #endif
1002
1003 static void
1004 pmap_delayed_invl_callout_func(void *arg __unused)
1005 {
1006
1007         if (atomic_load_int(&pmap_invl_waiters) == 0)
1008                 return;
1009         pmap_delayed_invl_finish_unblock(0);
1010 }
1011
1012 static void
1013 pmap_delayed_invl_callout_init(void *arg __unused)
1014 {
1015
1016         if (pmap_di_locked())
1017                 return;
1018         callout_init(&pmap_invl_callout, 1);
1019         pmap_invl_callout_inited = true;
1020 }
1021 SYSINIT(pmap_di_callout, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY,
1022     pmap_delayed_invl_callout_init, NULL);
1023
1024 /*
1025  * Ensure that all currently executing DI blocks, that need to flush
1026  * TLB for the given page m, actually flushed the TLB at the time the
1027  * function returned.  If the page m has an empty PV list and we call
1028  * pmap_delayed_invl_wait(), upon its return we know that no CPU has a
1029  * valid mapping for the page m in either its page table or TLB.
1030  *
1031  * This function works by blocking until the global DI generation
1032  * number catches up with the generation number associated with the
1033  * given page m and its PV list.  Since this function's callers
1034  * typically own an object lock and sometimes own a page lock, it
1035  * cannot sleep.  Instead, it blocks on a turnstile to relinquish the
1036  * processor.
1037  */
1038 static void
1039 pmap_delayed_invl_wait_l(vm_page_t m)
1040 {
1041         u_long *m_gen;
1042 #ifdef PV_STATS
1043         bool accounted = false;
1044 #endif
1045
1046         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1047         while (*m_gen > pmap_invl_gen) {
1048 #ifdef PV_STATS
1049                 if (!accounted) {
1050                         atomic_add_long(&invl_wait, 1);
1051                         accounted = true;
1052                 }
1053 #endif
1054                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen, &pmap_invl_gen);
1055         }
1056 }
1057
1058 static void
1059 pmap_delayed_invl_wait_u(vm_page_t m)
1060 {
1061         u_long *m_gen;
1062         struct lock_delay_arg lda;
1063         bool fast;
1064
1065         fast = true;
1066         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1067         lock_delay_arg_init(&lda, &di_delay);
1068         while (*m_gen > atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1069                 if (fast || !pmap_invl_callout_inited) {
1070                         PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait, 1));
1071                         lock_delay(&lda);
1072                         fast = false;
1073                 } else {
1074                         /*
1075                          * The page's invalidation generation number
1076                          * is still below the current thread's number.
1077                          * Prepare to block so that we do not waste
1078                          * CPU cycles or worse, suffer livelock.
1079                          *
1080                          * Since it is impossible to block without
1081                          * racing with pmap_delayed_invl_finish_u(),
1082                          * prepare for the race by incrementing
1083                          * pmap_invl_waiters and arming a 1-tick
1084                          * callout which will unblock us if we lose
1085                          * the race.
1086                          */
1087                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, 1);
1088
1089                         /*
1090                          * Re-check the current thread's invalidation
1091                          * generation after incrementing
1092                          * pmap_invl_waiters, so that there is no race
1093                          * with pmap_delayed_invl_finish_u() setting
1094                          * the page generation and checking
1095                          * pmap_invl_waiters.  The only race allowed
1096                          * is for a missed unblock, which is handled
1097                          * by the callout.
1098                          */
1099                         if (*m_gen >
1100                             atomic_load_long(&pmap_invl_gen_head.gen)) {
1101                                 callout_reset(&pmap_invl_callout, 1,
1102                                     pmap_delayed_invl_callout_func, NULL);
1103                                 PV_STAT(atomic_add_long(&invl_wait_slow, 1));
1104                                 pmap_delayed_invl_wait_block(m_gen,
1105                                     &pmap_invl_gen_head.gen);
1106                         }
1107                         atomic_add_int(&pmap_invl_waiters, -1);
1108                 }
1109         }
1110 }
1111
1112 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_thread_init_invl_gen, (struct thread *))
1113 {
1114
1115         return (pmap_di_locked() ? pmap_thread_init_invl_gen_l :
1116             pmap_thread_init_invl_gen_u);
1117 }
1118
1119 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_start, (void))
1120 {
1121
1122         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_start_l :
1123             pmap_delayed_invl_start_u);
1124 }
1125
1126 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_finish, (void))
1127 {
1128
1129         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_finish_l :
1130             pmap_delayed_invl_finish_u);
1131 }
1132
1133 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_delayed_invl_wait, (vm_page_t))
1134 {
1135
1136         return (pmap_di_locked() ? pmap_delayed_invl_wait_l :
1137             pmap_delayed_invl_wait_u);
1138 }
1139
1140 /*
1141  * Mark the page m's PV list as participating in the current thread's
1142  * DI block.  Any threads concurrently using m's PV list to remove or
1143  * restrict all mappings to m will wait for the current thread's DI
1144  * block to complete before proceeding.
1145  *
1146  * The function works by setting the DI generation number for m's PV
1147  * list to at least the DI generation number of the current thread.
1148  * This forces a caller of pmap_delayed_invl_wait() to block until
1149  * current thread calls pmap_delayed_invl_finish().
1150  */
1151 static void
1152 pmap_delayed_invl_page(vm_page_t m)
1153 {
1154         u_long gen, *m_gen;
1155
1156         rw_assert(VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), RA_WLOCKED);
1157         gen = curthread->td_md.md_invl_gen.gen;
1158         if (gen == 0)
1159                 return;
1160         m_gen = pmap_delayed_invl_genp(m);
1161         if (*m_gen < gen)
1162                 *m_gen = gen;
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Crashdump maps.
1167  */
1168 static caddr_t crashdumpmap;
1169
1170 /*
1171  * Internal flags for pmap_enter()'s helper functions.
1172  */
1173 #define PMAP_ENTER_NORECLAIM    0x1000000       /* Don't reclaim PV entries. */
1174 #define PMAP_ENTER_NOREPLACE    0x2000000       /* Don't replace mappings. */
1175
1176 /*
1177  * Internal flags for pmap_mapdev_internal() and
1178  * pmap_change_props_locked().
1179  */
1180 #define MAPDEV_FLUSHCACHE       0x00000001      /* Flush cache after mapping. */
1181 #define MAPDEV_SETATTR          0x00000002      /* Modify existing attrs. */
1182 #define MAPDEV_ASSERTVALID      0x00000004      /* Assert mapping validity. */
1183
1184 TAILQ_HEAD(pv_chunklist, pv_chunk);
1185
1186 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
1187 static void     free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch);
1188 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
1189 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
1190 static int      popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map);
1191 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
1192 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
1193                     struct rwlock **lockp);
1194 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1195                     struct rwlock **lockp);
1196 static bool     pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde,
1197                     u_int flags, struct rwlock **lockp);
1198 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1199 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
1200                     struct rwlock **lockp);
1201 #endif
1202 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1203 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
1204                     vm_offset_t va);
1205
1206 static void     pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte);
1207 static int pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size,
1208     vm_prot_t prot, int mode, int flags);
1209 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
1210 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
1211     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
1212 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
1213     vm_offset_t va);
1214 static bool     pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1215                     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
1216 static int      pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde,
1217                     u_int flags, vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1218 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1219     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
1220 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
1221 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted);
1222 static void pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva,
1223     vm_offset_t eva);
1224 static void pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva,
1225     vm_offset_t eva);
1226 static void pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1227                     pd_entry_t pde);
1228 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
1229 static vm_page_t pmap_large_map_getptp_unlocked(void);
1230 static vm_paddr_t pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va);
1231 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
1232 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
1233     struct rwlock **lockp);
1234 #endif
1235 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
1236     vm_prot_t prot);
1237 static void pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask);
1238 static void pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1239     bool exec);
1240 static pdp_entry_t *pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va);
1241 static pd_entry_t *pmap_pti_pde(vm_offset_t va);
1242 static void pmap_pti_wire_pte(void *pte);
1243 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
1244     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1245 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
1246     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
1247 static vm_page_t pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
1248 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1249     struct spglist *free);
1250 static bool     pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
1251                     pd_entry_t *pde, struct spglist *free,
1252                     struct rwlock **lockp);
1253 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1254     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
1255 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
1256     pd_entry_t newpde);
1257 static void pmap_update_pde_invalidate(pmap_t, vm_offset_t va, pd_entry_t pde);
1258
1259 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
1260                 struct rwlock **lockp);
1261 static pd_entry_t *pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
1262                 struct rwlock **lockp);
1263 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
1264                 struct rwlock **lockp);
1265
1266 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
1267     struct spglist *free);
1268 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
1269
1270 /********************/
1271 /* Inline functions */
1272 /********************/
1273
1274 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
1275 static __inline vm_pindex_t
1276 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
1277 {
1278         return (va >> PDRSHIFT);
1279 }
1280
1281
1282 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
1283 static __inline pml4_entry_t *
1284 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1285 {
1286
1287         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
1288 }
1289
1290 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1291 static __inline pdp_entry_t *
1292 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
1293 {
1294         pdp_entry_t *pdpe;
1295
1296         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
1297         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
1298 }
1299
1300 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
1301 static __inline pdp_entry_t *
1302 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1303 {
1304         pml4_entry_t *pml4e;
1305         pt_entry_t PG_V;
1306
1307         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1308         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
1309         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
1310                 return (NULL);
1311         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
1312 }
1313
1314 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1315 static __inline pd_entry_t *
1316 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
1317 {
1318         pd_entry_t *pde;
1319
1320         KASSERT((*pdpe & PG_PS) == 0,
1321             ("%s: pdpe %#lx is a leaf", __func__, *pdpe));
1322         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
1323         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
1324 }
1325
1326 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
1327 static __inline pd_entry_t *
1328 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1329 {
1330         pdp_entry_t *pdpe;
1331         pt_entry_t PG_V;
1332
1333         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1334         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1335         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
1336                 return (NULL);
1337         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
1338 }
1339
1340 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1341 static __inline pt_entry_t *
1342 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
1343 {
1344         pt_entry_t *pte;
1345
1346         KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
1347             ("%s: pde %#lx is a leaf", __func__, *pde));
1348         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
1349         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
1350 }
1351
1352 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
1353 static __inline pt_entry_t *
1354 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1355 {
1356         pd_entry_t *pde;
1357         pt_entry_t PG_V;
1358
1359         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
1360         pde = pmap_pde(pmap, va);
1361         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
1362                 return (NULL);
1363         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
1364                 return ((pt_entry_t *)pde);
1365         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
1366 }
1367
1368 static __inline void
1369 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
1370 {
1371
1372         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1373         pmap->pm_stats.resident_count += count;
1374 }
1375
1376 static __inline void
1377 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
1378 {
1379
1380         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1381         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count >= count,
1382             ("pmap %p resident count underflow %ld %d", pmap,
1383             pmap->pm_stats.resident_count, count));
1384         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
1385 }
1386
1387 PMAP_INLINE pt_entry_t *
1388 vtopte(vm_offset_t va)
1389 {
1390         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1391
1392         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopte on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1393
1394         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
1395 }
1396
1397 static __inline pd_entry_t *
1398 vtopde(vm_offset_t va)
1399 {
1400         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
1401
1402         KASSERT(va >= VM_MAXUSER_ADDRESS, ("vtopde on a uva/gpa 0x%0lx", va));
1403
1404         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
1405 }
1406
1407 static u_int64_t
1408 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
1409 {
1410         u_int64_t ret;
1411
1412         ret = *firstaddr;
1413         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
1414         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
1415         return (ret);
1416 }
1417
1418 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
1419
1420 /* number of kernel PDP slots */
1421 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany(ptpgs, NPDEPG)
1422
1423 static void
1424 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
1425 {
1426         int pt_pages;
1427         
1428 #ifdef NKPT
1429         pt_pages = NKPT;
1430 #else
1431         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
1432         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
1433
1434         /*
1435          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
1436          * the kernel.
1437          *
1438          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
1439          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
1440          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
1441          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
1442          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
1443          * physical memory.
1444          *
1445          * Secondly, device memory mapped as part of setting up the low-
1446          * level console(s) is taken from KVA, starting at virtual_avail.
1447          * This is because cninit() is called after pmap_bootstrap() but
1448          * before vm_init() and pmap_init(). 20MB for a frame buffer is
1449          * not uncommon.
1450          */
1451         pt_pages += 32;         /* 64MB additional slop. */
1452 #endif
1453         nkpt = pt_pages;
1454 }
1455
1456 /*
1457  * Returns the proper write/execute permission for a physical page that is
1458  * part of the initial boot allocations.
1459  *
1460  * If the page has kernel text, it is marked as read-only. If the page has
1461  * kernel read-only data, it is marked as read-only/not-executable. If the
1462  * page has only read-write data, it is marked as read-write/not-executable.
1463  * If the page is below/above the kernel range, it is marked as read-write.
1464  *
1465  * This function operates on 2M pages, since we map the kernel space that
1466  * way.
1467  */
1468 static inline pt_entry_t
1469 bootaddr_rwx(vm_paddr_t pa)
1470 {
1471
1472         /*
1473          * The kernel is loaded at a 2MB-aligned address, and memory below that
1474          * need not be executable.  The .bss section is padded to a 2MB
1475          * boundary, so memory following the kernel need not be executable
1476          * either.  Preloaded kernel modules have their mapping permissions
1477          * fixed up by the linker.
1478          */
1479         if (pa < trunc_2mpage(btext - KERNBASE) ||
1480             pa >= trunc_2mpage(_end - KERNBASE))
1481                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1482
1483         /*
1484          * The linker should ensure that the read-only and read-write
1485          * portions don't share the same 2M page, so this shouldn't
1486          * impact read-only data. However, in any case, any page with
1487          * read-write data needs to be read-write.
1488          */
1489         if (pa >= trunc_2mpage(brwsection - KERNBASE))
1490                 return (X86_PG_RW | pg_nx);
1491
1492         /*
1493          * Mark any 2M page containing kernel text as read-only. Mark
1494          * other pages with read-only data as read-only and not executable.
1495          * (It is likely a small portion of the read-only data section will
1496          * be marked as read-only, but executable. This should be acceptable
1497          * since the read-only protection will keep the data from changing.)
1498          * Note that fixups to the .text section will still work until we
1499          * set CR0.WP.
1500          */
1501         if (pa < round_2mpage(etext - KERNBASE))
1502                 return (0);
1503         return (pg_nx);
1504 }
1505
1506 static void
1507 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
1508 {
1509         int i, j, ndm1g, nkpdpe, nkdmpde;
1510         pd_entry_t *pd_p;
1511         pdp_entry_t *pdp_p;
1512         pml4_entry_t *p4_p;
1513         uint64_t DMPDkernphys;
1514
1515         /* Allocate page table pages for the direct map */
1516         ndmpdp = howmany(ptoa(Maxmem), NBPDP);
1517         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
1518                 ndmpdp = 4;
1519         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
1520         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
1521                 /*
1522                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
1523                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
1524                  */
1525                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
1526                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
1527                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
1528                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
1529         }
1530         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
1531         ndm1g = 0;
1532         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
1533                 /*
1534                  * Calculate the number of 1G pages that will fully fit in
1535                  * Maxmem.
1536                  */
1537                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
1538
1539                 /*
1540                  * Allocate 2M pages for the kernel. These will be used in
1541                  * place of the first one or more 1G pages from ndm1g.
1542                  */
1543                 nkdmpde = howmany((vm_offset_t)(brwsection - KERNBASE), NBPDP);
1544                 DMPDkernphys = allocpages(firstaddr, nkdmpde);
1545         }
1546         if (ndm1g < ndmpdp)
1547                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
1548         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
1549
1550         /* Allocate pages */
1551         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
1552         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
1553
1554         /*
1555          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
1556          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
1557          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
1558          * build in too much slop in our estimate.
1559          *
1560          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
1561          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
1562          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
1563          */
1564         nkpt_init(*firstaddr);
1565         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
1566
1567         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
1568         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
1569
1570         /*
1571          * Connect the zero-filled PT pages to their PD entries.  This
1572          * implicitly maps the PT pages at their correct locations within
1573          * the PTmap.
1574          */
1575         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
1576         for (i = 0; i < nkpt; i++)
1577                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1578
1579         /*
1580          * Map from physical address zero to the end of loader preallocated
1581          * memory using 2MB pages.  This replaces some of the PD entries
1582          * created above.
1583          */
1584         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < KERNend; i++)
1585                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1586                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1587                     X86_PG_M | X86_PG_A | bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1588
1589         /*
1590          * Because we map the physical blocks in 2M pages, adjust firstaddr
1591          * to record the physical blocks we've actually mapped into kernel
1592          * virtual address space.
1593          */
1594         if (*firstaddr < round_2mpage(KERNend))
1595                 *firstaddr = round_2mpage(KERNend);
1596
1597         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
1598         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
1599         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
1600                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW | X86_PG_V;
1601
1602         /*
1603          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
1604          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
1605          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
1606          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
1607          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
1608          * that are partially used. 
1609          */
1610         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
1611         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
1612                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
1613                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1614                 pd_p[j] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1615                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1616         }
1617         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
1618         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
1619                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
1620                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
1621                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1622                     X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx;
1623         }
1624         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
1625                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
1626                 pdp_p[i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1627         }
1628
1629         /*
1630          * Instead of using a 1G page for the memory containing the kernel,
1631          * use 2M pages with read-only and no-execute permissions.  (If using 1G
1632          * pages, this will partially overwrite the PDPEs above.)
1633          */
1634         if (ndm1g) {
1635                 pd_p = (pd_entry_t *)DMPDkernphys;
1636                 for (i = 0; i < (NPDEPG * nkdmpde); i++)
1637                         pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | PG_PS | pg_g |
1638                             X86_PG_M | X86_PG_A | pg_nx |
1639                             bootaddr_rwx(i << PDRSHIFT);
1640                 for (i = 0; i < nkdmpde; i++)
1641                         pdp_p[i] = (DMPDkernphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
1642                             X86_PG_V | pg_nx;
1643         }
1644
1645         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
1646         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
1647         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
1648         p4_p[PML4PML4I] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1649
1650         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
1651         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1652                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
1653                 p4_p[DMPML4I + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
1654         }
1655
1656         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
1657         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1658                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
1659                 p4_p[KPML4BASE + i] |= X86_PG_RW | X86_PG_V;
1660         }
1661 }
1662
1663 /*
1664  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
1665  *
1666  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
1667  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
1668  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
1669  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
1670  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
1671  *      (physical) address starting relative to 0]
1672  */
1673 void
1674 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
1675 {
1676         vm_offset_t va;
1677         pt_entry_t *pte, *pcpu_pte;
1678         struct region_descriptor r_gdt;
1679         uint64_t cr4, pcpu_phys;
1680         u_long res;
1681         int i;
1682
1683         KERNend = *firstaddr;
1684         res = atop(KERNend - (vm_paddr_t)kernphys);
1685
1686         if (!pti)
1687                 pg_g = X86_PG_G;
1688
1689         /*
1690          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
1691          */
1692         create_pagetables(firstaddr);
1693
1694         pcpu_phys = allocpages(firstaddr, MAXCPU);
1695
1696         /*
1697          * Add a physical memory segment (vm_phys_seg) corresponding to the
1698          * preallocated kernel page table pages so that vm_page structures
1699          * representing these pages will be created.  The vm_page structures
1700          * are required for promotion of the corresponding kernel virtual
1701          * addresses to superpage mappings.
1702          */
1703         vm_phys_early_add_seg(KPTphys, KPTphys + ptoa(nkpt));
1704
1705         /*
1706          * Account for the virtual addresses mapped by create_pagetables().
1707          */
1708         virtual_avail = (vm_offset_t)KERNBASE + round_2mpage(KERNend);
1709         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
1710
1711         /*
1712          * Enable PG_G global pages, then switch to the kernel page
1713          * table from the bootstrap page table.  After the switch, it
1714          * is possible to enable SMEP and SMAP since PG_U bits are
1715          * correct now.
1716          */
1717         cr4 = rcr4();
1718         cr4 |= CR4_PGE;
1719         load_cr4(cr4);
1720         load_cr3(KPML4phys);
1721         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
1722                 cr4 |= CR4_SMEP;
1723         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMAP)
1724                 cr4 |= CR4_SMAP;
1725         load_cr4(cr4);
1726
1727         /*
1728          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
1729          * Count bootstrap data as being resident in case any of this data is
1730          * later unmapped (using pmap_remove()) and freed.
1731          */
1732         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
1733         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1734         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1735         kernel_pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
1736         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
1737         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
1738         kernel_pmap->pm_stats.resident_count = res;
1739         kernel_pmap->pm_flags = pmap_flags;
1740
1741         /*
1742          * Initialize the TLB invalidations generation number lock.
1743          */
1744         mtx_init(&invl_gen_mtx, "invlgn", NULL, MTX_DEF);
1745
1746         /*
1747          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
1748          * mapping of pages.
1749          */
1750 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
1751         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
1752
1753         va = virtual_avail;
1754         pte = vtopte(va);
1755
1756         /*
1757          * Crashdump maps.  The first page is reused as CMAP1 for the
1758          * memory test.
1759          */
1760         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
1761         CADDR1 = crashdumpmap;
1762
1763         SYSMAP(struct pcpu *, pcpu_pte, __pcpu, MAXCPU);
1764         virtual_avail = va;
1765
1766         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1767                 pcpu_pte[i] = (pcpu_phys + ptoa(i)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
1768                     pg_g | pg_nx | X86_PG_M | X86_PG_A;
1769         }
1770
1771         /*
1772          * Re-initialize PCPU area for BSP after switching.
1773          * Make hardware use gdt and common_tss from the new PCPU.
1774          */
1775         STAILQ_INIT(&cpuhead);
1776         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1777         pcpu_init(&__pcpu[0], 0, sizeof(struct pcpu));
1778         amd64_bsp_pcpu_init1(&__pcpu[0]);
1779         amd64_bsp_ist_init(&__pcpu[0]);
1780         __pcpu[0].pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
1781             IOPERM_BITMAP_SIZE;
1782         memcpy(__pcpu[0].pc_gdt, temp_bsp_pcpu.pc_gdt, NGDT *
1783             sizeof(struct user_segment_descriptor));
1784         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (uintptr_t)&__pcpu[0].pc_common_tss;
1785         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
1786             (struct system_segment_descriptor *)&__pcpu[0].pc_gdt[GPROC0_SEL]);
1787         r_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(struct user_segment_descriptor) - 1;
1788         r_gdt.rd_base = (long)__pcpu[0].pc_gdt;
1789         lgdt(&r_gdt);
1790         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)&__pcpu[0]);
1791         ltr(GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL));
1792         __pcpu[0].pc_dynamic = temp_bsp_pcpu.pc_dynamic;
1793         __pcpu[0].pc_acpi_id = temp_bsp_pcpu.pc_acpi_id;
1794
1795         /*
1796          * Initialize the PAT MSR.
1797          * pmap_init_pat() clears and sets CR4_PGE, which, as a
1798          * side-effect, invalidates stale PG_G TLB entries that might
1799          * have been created in our pre-boot environment.
1800          */
1801         pmap_init_pat();
1802
1803         /* Initialize TLB Context Id. */
1804         if (pmap_pcid_enabled) {
1805                 for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
1806                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN;
1807                         kernel_pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
1808                 }
1809
1810                 /*
1811                  * PMAP_PCID_KERN + 1 is used for initialization of
1812                  * proc0 pmap.  The pmap' pcid state might be used by
1813                  * EFIRT entry before first context switch, so it
1814                  * needs to be valid.
1815                  */
1816                 PCPU_SET(pcid_next, PMAP_PCID_KERN + 2);
1817                 PCPU_SET(pcid_gen, 1);
1818
1819                 /*
1820                  * pcpu area for APs is zeroed during AP startup.
1821                  * pc_pcid_next and pc_pcid_gen are initialized by AP
1822                  * during pcpu setup.
1823                  */
1824                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
1825         }
1826 }
1827
1828 /*
1829  * Setup the PAT MSR.
1830  */
1831 void
1832 pmap_init_pat(void)
1833 {
1834         uint64_t pat_msr;
1835         u_long cr0, cr4;
1836         int i;
1837
1838         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
1839         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
1840                 panic("no PAT??");
1841
1842         /* Set default PAT index table. */
1843         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
1844                 pat_index[i] = -1;
1845         pat_index[PAT_WRITE_BACK] = 0;
1846         pat_index[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
1847         pat_index[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
1848         pat_index[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
1849         pat_index[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
1850         pat_index[PAT_UNCACHED] = 2;
1851
1852         /*
1853          * Initialize default PAT entries.
1854          * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
1855          * Program 5 and 6 as WP and WC.
1856          *
1857          * Leave 4 and 7 as WB and UC.  Note that a recursive page table
1858          * mapping for a 2M page uses a PAT value with the bit 3 set due
1859          * to its overload with PG_PS.
1860          */
1861         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
1862             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
1863             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
1864             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
1865             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
1866             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
1867             PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING) |
1868             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
1869
1870         /* Disable PGE. */
1871         cr4 = rcr4();
1872         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
1873
1874         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
1875         cr0 = rcr0();
1876         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
1877
1878         /* Flushes caches and TLBs. */
1879         wbinvd();
1880         invltlb();
1881
1882         /* Update PAT and index table. */
1883         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
1884
1885         /* Flush caches and TLBs again. */
1886         wbinvd();
1887         invltlb();
1888
1889         /* Restore caches and PGE. */
1890         load_cr0(cr0);
1891         load_cr4(cr4);
1892 }
1893
1894 /*
1895  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
1896  */
1897 void
1898 pmap_page_init(vm_page_t m)
1899 {
1900
1901         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
1902         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
1903 }
1904
1905 static int pmap_allow_2m_x_ept;
1906 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, allow_2m_x_ept, CTLFLAG_RWTUN | CTLFLAG_NOFETCH,
1907     &pmap_allow_2m_x_ept, 0,
1908     "Allow executable superpage mappings in EPT");
1909
1910 void
1911 pmap_allow_2m_x_ept_recalculate(void)
1912 {
1913         /*
1914          * SKL002, SKL012S.  Since the EPT format is only used by
1915          * Intel CPUs, the vendor check is merely a formality.
1916          */
1917         if (!(cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL ||
1918             (cpu_ia32_arch_caps & IA32_ARCH_CAP_IF_PSCHANGE_MC_NO) != 0 ||
1919             (CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 &&
1920             (CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x26 ||  /* Atoms */
1921             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x27 ||
1922             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x35 ||
1923             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x36 ||
1924             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x37 ||
1925             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x86 ||
1926             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x1c ||
1927             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4a ||
1928             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4c ||
1929             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x4d ||
1930             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5a ||
1931             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5c ||
1932             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5d ||
1933             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x5f ||
1934             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x6e ||
1935             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x7a ||
1936             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x57 ||   /* Knights */
1937             CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x85))))
1938                 pmap_allow_2m_x_ept = 1;
1939         TUNABLE_INT_FETCH("hw.allow_2m_x_ept", &pmap_allow_2m_x_ept);
1940 }
1941
1942 static bool
1943 pmap_allow_2m_x_page(pmap_t pmap, bool executable)
1944 {
1945
1946         return (pmap->pm_type != PT_EPT || !executable ||
1947             !pmap_allow_2m_x_ept);
1948 }
1949
1950 #ifdef NUMA
1951 static void
1952 pmap_init_pv_table(void)
1953 {
1954         struct pmap_large_md_page *pvd;
1955         vm_size_t s;
1956         long start, end, highest, pv_npg;
1957         int domain, i, j, pages;
1958
1959         /*
1960          * We strongly depend on the size being a power of two, so the assert
1961          * is overzealous. However, should the struct be resized to a
1962          * different power of two, the code below needs to be revisited.
1963          */
1964         CTASSERT((sizeof(*pvd) == 64));
1965
1966         /*
1967          * Calculate the size of the array.
1968          */
1969         pmap_last_pa = vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end;
1970         pv_npg = howmany(pmap_last_pa, NBPDR);
1971         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct pmap_large_md_page);
1972         s = round_page(s);
1973         pv_table = (struct pmap_large_md_page *)kva_alloc(s);
1974         if (pv_table == NULL)
1975                 panic("%s: kva_alloc failed\n", __func__);
1976
1977         /*
1978          * Iterate physical segments to allocate space for respective pages.
1979          */
1980         highest = -1;
1981         s = 0;
1982         for (i = 0; i < vm_phys_nsegs; i++) {
1983                 end = vm_phys_segs[i].end / NBPDR;
1984                 domain = vm_phys_segs[i].domain;
1985
1986                 if (highest >= end)
1987                         continue;
1988
1989                 start = highest + 1;
1990                 pvd = &pv_table[start];
1991
1992                 pages = end - start + 1;
1993                 s = round_page(pages * sizeof(*pvd));
1994                 highest = start + (s / sizeof(*pvd)) - 1;
1995
1996                 for (j = 0; j < s; j += PAGE_SIZE) {
1997                         vm_page_t m = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1998                             domain, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ);
1999                         if (m == NULL)
2000                                 panic("vm_page_alloc_domain failed for %lx\n", (vm_offset_t)pvd + j);
2001                         pmap_qenter((vm_offset_t)pvd + j, &m, 1);
2002                 }
2003
2004                 for (j = 0; j < s / sizeof(*pvd); j++) {
2005                         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list", RW_NEW);
2006                         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2007                         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2008                         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2009                         pvd->pv_invl_gen = 0;
2010                         pvd++;
2011                 }
2012         }
2013         pvd = &pv_dummy_large;
2014         rw_init_flags(&pvd->pv_lock, "pmap pv list dummy", RW_NEW);
2015         TAILQ_INIT(&pvd->pv_page.pv_list);
2016         pvd->pv_page.pv_gen = 0;
2017         pvd->pv_page.pat_mode = 0;
2018         pvd->pv_invl_gen = 0;
2019 }
2020 #else
2021 static void
2022 pmap_init_pv_table(void)
2023 {
2024         vm_size_t s;
2025         long i, pv_npg;
2026
2027         /*
2028          * Initialize the pool of pv list locks.
2029          */
2030         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
2031                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
2032
2033         /*
2034          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
2035          */
2036         pv_npg = howmany(vm_phys_segs[vm_phys_nsegs - 1].end, NBPDR);
2037
2038         /*
2039          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
2040          */
2041         s = (vm_size_t)pv_npg * sizeof(struct md_page);
2042         s = round_page(s);
2043         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(s, M_WAITOK | M_ZERO);
2044         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
2045                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
2046         TAILQ_INIT(&pv_dummy.pv_list);
2047 }
2048 #endif
2049
2050 /*
2051  *      Initialize the pmap module.
2052  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
2053  *      system needs to map virtual memory.
2054  */
2055 void
2056 pmap_init(void)
2057 {
2058         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
2059         vm_page_t m, mpte;
2060         int error, i, ret, skz63;
2061
2062         /* L1TF, reserve page @0 unconditionally */
2063         vm_page_blacklist_add(0, bootverbose);
2064
2065         /* Detect bare-metal Skylake Server and Skylake-X. */
2066         if (vm_guest == VM_GUEST_NO && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL &&
2067             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x6 && CPUID_TO_MODEL(cpu_id) == 0x55) {
2068                 /*
2069                  * Skylake-X errata SKZ63. Processor May Hang When
2070                  * Executing Code In an HLE Transaction Region between
2071                  * 40000000H and 403FFFFFH.
2072                  *
2073                  * Mark the pages in the range as preallocated.  It
2074                  * seems to be impossible to distinguish between
2075                  * Skylake Server and Skylake X.
2076                  */
2077                 skz63 = 1;
2078                 TUNABLE_INT_FETCH("hw.skz63_enable", &skz63);
2079                 if (skz63 != 0) {
2080                         if (bootverbose)
2081                                 printf("SKZ63: skipping 4M RAM starting "
2082                                     "at physical 1G\n");
2083                         for (i = 0; i < atop(0x400000); i++) {
2084                                 ret = vm_page_blacklist_add(0x40000000 +
2085                                     ptoa(i), FALSE);
2086                                 if (!ret && bootverbose)
2087                                         printf("page at %#lx already used\n",
2088                                             0x40000000 + ptoa(i));
2089                         }
2090                 }
2091         }
2092
2093         /* IFU */
2094         pmap_allow_2m_x_ept_recalculate();
2095
2096         /*
2097          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
2098          * page table pages.
2099          */ 
2100         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
2101         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
2102                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
2103                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
2104                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
2105                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
2106                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
2107                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
2108                 mpte->ref_count = 1;
2109
2110                 /*
2111                  * Collect the page table pages that were replaced by a 2MB
2112                  * page in create_pagetables().  They are zero filled.
2113                  */
2114                 if (i << PDRSHIFT < KERNend &&
2115                     pmap_insert_pt_page(kernel_pmap, mpte, false))
2116                         panic("pmap_init: pmap_insert_pt_page failed");
2117         }
2118         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
2119         vm_wire_add(nkpt);
2120
2121         /*
2122          * If the kernel is running on a virtual machine, then it must assume
2123          * that MCA is enabled by the hypervisor.  Moreover, the kernel must
2124          * be prepared for the hypervisor changing the vendor and family that
2125          * are reported by CPUID.  Consequently, the workaround for AMD Family
2126          * 10h Erratum 383 is enabled if the processor's feature set does not
2127          * include at least one feature that is only supported by older Intel
2128          * or newer AMD processors.
2129          */
2130         if (vm_guest != VM_GUEST_NO && (cpu_feature & CPUID_SS) == 0 &&
2131             (cpu_feature2 & (CPUID2_SSSE3 | CPUID2_SSE41 | CPUID2_AESNI |
2132             CPUID2_AVX | CPUID2_XSAVE)) == 0 && (amd_feature2 & (AMDID2_XOP |
2133             AMDID2_FMA4)) == 0)
2134                 workaround_erratum383 = 1;
2135
2136         /*
2137          * Are large page mappings enabled?
2138          */
2139         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
2140         if (pg_ps_enabled) {
2141                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
2142                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
2143                 pagesizes[1] = NBPDR;
2144         }
2145
2146         /*
2147          * Initialize pv chunk lists.
2148          */
2149         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++) {
2150                 mtx_init(&pv_chunks[i].pvc_lock, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
2151                 TAILQ_INIT(&pv_chunks[i].pvc_list);
2152         }
2153         pmap_init_pv_table();
2154
2155         pmap_initialized = 1;
2156         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
2157                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
2158                 if (ppim->va == 0)
2159                         continue;
2160                 /* Make the direct map consistent */
2161                 if (ppim->pa < dmaplimit && ppim->pa + ppim->sz <= dmaplimit) {
2162                         (void)pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(ppim->pa),
2163                             ppim->sz, ppim->mode);
2164                 }
2165                 if (!bootverbose)
2166                         continue;
2167                 printf("PPIM %u: PA=%#lx, VA=%#lx, size=%#lx, mode=%#x\n", i,
2168                     ppim->pa, ppim->va, ppim->sz, ppim->mode);
2169         }
2170
2171         mtx_init(&qframe_mtx, "qfrmlk", NULL, MTX_SPIN);
2172         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
2173             (vmem_addr_t *)&qframe);
2174         if (error != 0)
2175                 panic("qframe allocation failed");
2176
2177         lm_ents = 8;
2178         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.large_map_pml4_entries", &lm_ents);
2179         if (lm_ents > LMEPML4I - LMSPML4I + 1)
2180                 lm_ents = LMEPML4I - LMSPML4I + 1;
2181         if (bootverbose)
2182                 printf("pmap: large map %u PML4 slots (%lu GB)\n",
2183                     lm_ents, (u_long)lm_ents * (NBPML4 / 1024 / 1024 / 1024));
2184         if (lm_ents != 0) {
2185                 large_vmem = vmem_create("large", LARGEMAP_MIN_ADDRESS,
2186                     (vmem_size_t)lm_ents * NBPML4, PAGE_SIZE, 0, M_WAITOK);
2187                 if (large_vmem == NULL) {
2188                         printf("pmap: cannot create large map\n");
2189                         lm_ents = 0;
2190                 }
2191                 for (i = 0; i < lm_ents; i++) {
2192                         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
2193                         kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = X86_PG_V |
2194                             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | pg_nx |
2195                             VM_PAGE_TO_PHYS(m);
2196                 }
2197         }
2198 }
2199
2200 SYSCTL_UINT(_vm_pmap, OID_AUTO, large_map_pml4_entries,
2201     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &lm_ents, 0,
2202     "Maximum number of PML4 entries for use by large map (tunable).  "
2203     "Each entry corresponds to 512GB of address space.");
2204
2205 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2206     "2MB page mapping counters");
2207
2208 static u_long pmap_pde_demotions;
2209 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2210     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
2211
2212 static u_long pmap_pde_mappings;
2213 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
2214     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
2215
2216 static u_long pmap_pde_p_failures;
2217 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
2218     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
2219
2220 static u_long pmap_pde_promotions;
2221 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
2222     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
2223
2224 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
2225     "1GB page mapping counters");
2226
2227 static u_long pmap_pdpe_demotions;
2228 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
2229     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
2230
2231 /***************************************************
2232  * Low level helper routines.....
2233  ***************************************************/
2234
2235 static pt_entry_t
2236 pmap_swap_pat(pmap_t pmap, pt_entry_t entry)
2237 {
2238         int x86_pat_bits = X86_PG_PTE_PAT | X86_PG_PDE_PAT;
2239
2240         switch (pmap->pm_type) {
2241         case PT_X86:
2242         case PT_RVI:
2243                 /* Verify that both PAT bits are not set at the same time */
2244                 KASSERT((entry & x86_pat_bits) != x86_pat_bits,
2245                     ("Invalid PAT bits in entry %#lx", entry));
2246
2247                 /* Swap the PAT bits if one of them is set */
2248                 if ((entry & x86_pat_bits) != 0)
2249                         entry ^= x86_pat_bits;
2250                 break;
2251         case PT_EPT:
2252                 /*
2253                  * Nothing to do - the memory attributes are represented
2254                  * the same way for regular pages and superpages.
2255                  */
2256                 break;
2257         default:
2258                 panic("pmap_switch_pat_bits: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2259         }
2260
2261         return (entry);
2262 }
2263
2264 boolean_t
2265 pmap_is_valid_memattr(pmap_t pmap __unused, vm_memattr_t mode)
2266 {
2267
2268         return (mode >= 0 && mode < PAT_INDEX_SIZE &&
2269             pat_index[(int)mode] >= 0);
2270 }
2271
2272 /*
2273  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
2274  * caching mode.
2275  */
2276 int
2277 pmap_cache_bits(pmap_t pmap, int mode, boolean_t is_pde)
2278 {
2279         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
2280
2281         if (!pmap_is_valid_memattr(pmap, mode))
2282                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
2283
2284         switch (pmap->pm_type) {
2285         case PT_X86:
2286         case PT_RVI:
2287                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2288                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2289
2290                 /* Map the caching mode to a PAT index. */
2291                 pat_idx = pat_index[mode];
2292
2293                 /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
2294                 cache_bits = 0;
2295                 if (pat_idx & 0x4)
2296                         cache_bits |= pat_flag;
2297                 if (pat_idx & 0x2)
2298                         cache_bits |= PG_NC_PCD;
2299                 if (pat_idx & 0x1)
2300                         cache_bits |= PG_NC_PWT;
2301                 break;
2302
2303         case PT_EPT:
2304                 cache_bits = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(mode);
2305                 break;
2306
2307         default:
2308                 panic("unsupported pmap type %d", pmap->pm_type);
2309         }
2310
2311         return (cache_bits);
2312 }
2313
2314 static int
2315 pmap_cache_mask(pmap_t pmap, boolean_t is_pde)
2316 {
2317         int mask;
2318
2319         switch (pmap->pm_type) {
2320         case PT_X86:
2321         case PT_RVI:
2322                 mask = is_pde ? X86_PG_PDE_CACHE : X86_PG_PTE_CACHE;
2323                 break;
2324         case PT_EPT:
2325                 mask = EPT_PG_IGNORE_PAT | EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7);
2326                 break;
2327         default:
2328                 panic("pmap_cache_mask: invalid pm_type %d", pmap->pm_type);
2329         }
2330
2331         return (mask);
2332 }
2333
2334 static int
2335 pmap_pat_index(pmap_t pmap, pt_entry_t pte, bool is_pde)
2336 {
2337         int pat_flag, pat_idx;
2338
2339         pat_idx = 0;
2340         switch (pmap->pm_type) {
2341         case PT_X86:
2342         case PT_RVI:
2343                 /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
2344                 pat_flag = is_pde ? X86_PG_PDE_PAT : X86_PG_PTE_PAT;
2345
2346                 if ((pte & pat_flag) != 0)
2347                         pat_idx |= 0x4;
2348                 if ((pte & PG_NC_PCD) != 0)
2349                         pat_idx |= 0x2;
2350                 if ((pte & PG_NC_PWT) != 0)
2351                         pat_idx |= 0x1;
2352                 break;
2353         case PT_EPT:
2354                 if ((pte & EPT_PG_IGNORE_PAT) != 0)
2355                         panic("EPT PTE %#lx has no PAT memory type", pte);
2356                 pat_idx = (pte & EPT_PG_MEMORY_TYPE(0x7)) >> 3;
2357                 break;
2358         }
2359
2360         /* See pmap_init_pat(). */
2361         if (pat_idx == 4)
2362                 pat_idx = 0;
2363         if (pat_idx == 7)
2364                 pat_idx = 3;
2365
2366         return (pat_idx);
2367 }
2368
2369 bool
2370 pmap_ps_enabled(pmap_t pmap)
2371 {
2372
2373         return (pg_ps_enabled && (pmap->pm_flags & PMAP_PDE_SUPERPAGE) != 0);
2374 }
2375
2376 static void
2377 pmap_update_pde_store(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2378 {
2379
2380         switch (pmap->pm_type) {
2381         case PT_X86:
2382                 break;
2383         case PT_RVI:
2384         case PT_EPT:
2385                 /*
2386                  * XXX
2387                  * This is a little bogus since the generation number is
2388                  * supposed to be bumped up when a region of the address
2389                  * space is invalidated in the page tables.
2390                  *
2391                  * In this case the old PDE entry is valid but yet we want
2392                  * to make sure that any mappings using the old entry are
2393                  * invalidated in the TLB.
2394                  *
2395                  * The reason this works as expected is because we rendezvous
2396                  * "all" host cpus and force any vcpu context to exit as a
2397                  * side-effect.
2398                  */
2399                 atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2400                 break;
2401         default:
2402                 panic("pmap_update_pde_store: bad pm_type %d", pmap->pm_type);
2403         }
2404         pde_store(pde, newpde);
2405 }
2406
2407 /*
2408  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
2409  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
2410  * calling processor's TLB is affected.
2411  *
2412  * The calling thread must be pinned to a processor.
2413  */
2414 static void
2415 pmap_update_pde_invalidate(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
2416 {
2417         pt_entry_t PG_G;
2418
2419         if (pmap_type_guest(pmap))
2420                 return;
2421
2422         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2423             ("pmap_update_pde_invalidate: invalid type %d", pmap->pm_type));
2424
2425         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
2426
2427         if ((newpde & PG_PS) == 0)
2428                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
2429                 invlpg(va);
2430         else if ((newpde & PG_G) == 0)
2431                 /*
2432                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
2433                  * because there are too many to flush individually.
2434                  */
2435                 invltlb();
2436         else {
2437                 /*
2438                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
2439                  * including any global (PG_G) mappings.
2440                  */
2441                 invltlb_glob();
2442         }
2443 }
2444 #ifdef SMP
2445
2446 /*
2447  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
2448  *
2449  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
2450  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
2451  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
2452  * processor could cache an old, pre-update entry without being
2453  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
2454  * active on another processor after its pm_active field is checked by
2455  * one of the following functions but before a store updating the page
2456  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
2457  * processor before its pm_active field is checked but due to
2458  * speculative loads one of the following functions stills reads the
2459  * pmap as inactive on the other processor.
2460  * 
2461  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
2462  * immutable.  The kernel page table is always active on every
2463  * processor.
2464  */
2465
2466 /*
2467  * Interrupt the cpus that are executing in the guest context.
2468  * This will force the vcpu to exit and the cached EPT mappings
2469  * will be invalidated by the host before the next vmresume.
2470  */
2471 static __inline void
2472 pmap_invalidate_ept(pmap_t pmap)
2473 {
2474         int ipinum;
2475
2476         sched_pin();
2477         KASSERT(!CPU_ISSET(curcpu, &pmap->pm_active),
2478             ("pmap_invalidate_ept: absurd pm_active"));
2479
2480         /*
2481          * The TLB mappings associated with a vcpu context are not
2482          * flushed each time a different vcpu is chosen to execute.
2483          *
2484          * This is in contrast with a process's vtop mappings that
2485          * are flushed from the TLB on each context switch.
2486          *
2487          * Therefore we need to do more than just a TLB shootdown on
2488          * the active cpus in 'pmap->pm_active'. To do this we keep
2489          * track of the number of invalidations performed on this pmap.
2490          *
2491          * Each vcpu keeps a cache of this counter and compares it
2492          * just before a vmresume. If the counter is out-of-date an
2493          * invept will be done to flush stale mappings from the TLB.
2494          */
2495         atomic_add_acq_long(&pmap->pm_eptgen, 1);
2496
2497         /*
2498          * Force the vcpu to exit and trap back into the hypervisor.
2499          */
2500         ipinum = pmap->pm_flags & PMAP_NESTED_IPIMASK;
2501         ipi_selected(pmap->pm_active, ipinum);
2502         sched_unpin();
2503 }
2504
2505 static cpuset_t
2506 pmap_invalidate_cpu_mask(pmap_t pmap)
2507 {
2508
2509         return (pmap == kernel_pmap ? all_cpus : pmap->pm_active);
2510 }
2511
2512 static inline void
2513 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2514     const bool invpcid_works1)
2515 {
2516         struct invpcid_descr d;
2517         uint64_t kcr3, ucr3;
2518         uint32_t pcid;
2519         u_int cpuid, i;
2520
2521         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2522         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2523                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2524                         /*
2525                          * Because pm_pcid is recalculated on a
2526                          * context switch, we must disable switching.
2527                          * Otherwise, we might use a stale value
2528                          * below.
2529                          */
2530                         critical_enter();
2531                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2532                         if (invpcid_works1) {
2533                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2534                                 d.pad = 0;
2535                                 d.addr = va;
2536                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2537                         } else {
2538                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2539                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2540                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2541                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2542                         }
2543                         critical_exit();
2544                 }
2545         } else
2546                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2547
2548         CPU_FOREACH(i) {
2549                 if (cpuid != i)
2550                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2551         }
2552
2553         /*
2554          * The fence is between stores to pm_gen and the read of the
2555          * pm_active mask.  We need to ensure that it is impossible
2556          * for us to miss the bit update in pm_active and
2557          * simultaneously observe a non-zero pm_gen in
2558          * pmap_activate_sw(), otherwise TLB update is missed.
2559          * Without the fence, IA32 allows such an outcome.  Note that
2560          * pm_active is updated by a locked operation, which provides
2561          * the reciprocal fence.
2562          */
2563         atomic_thread_fence_seq_cst();
2564 }
2565
2566 static void
2567 pmap_invalidate_page_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2568 {
2569
2570         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, true);
2571 }
2572
2573 static void
2574 pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2575 {
2576
2577         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va, false);
2578 }
2579
2580 static void
2581 pmap_invalidate_page_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2582 {
2583 }
2584
2585 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_page_mode, (pmap_t, vm_offset_t))
2586 {
2587
2588         if (pmap_pcid_enabled)
2589                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_page_pcid_invpcid :
2590                     pmap_invalidate_page_pcid_noinvpcid);
2591         return (pmap_invalidate_page_nopcid);
2592 }
2593
2594 void
2595 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2596 {
2597
2598         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2599                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2600                 return;
2601         }
2602
2603         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2604             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2605
2606         sched_pin();
2607         if (pmap == kernel_pmap) {
2608                 invlpg(va);
2609         } else {
2610                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2611                         invlpg(va);
2612                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2613         }
2614         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap);
2615         sched_unpin();
2616 }
2617
2618 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2619 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2620
2621 static void
2622 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2623     const bool invpcid_works1)
2624 {
2625         struct invpcid_descr d;
2626         uint64_t kcr3, ucr3;
2627         uint32_t pcid;
2628         u_int cpuid, i;
2629
2630         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2631         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2632                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2633                         critical_enter();
2634                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2635                         if (invpcid_works1) {
2636                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2637                                 d.pad = 0;
2638                                 d.addr = sva;
2639                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2640                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2641                         } else {
2642                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2643                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2644                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2645                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2646                         }
2647                         critical_exit();
2648                 }
2649         } else
2650                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2651
2652         CPU_FOREACH(i) {
2653                 if (cpuid != i)
2654                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2655         }
2656         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2657         atomic_thread_fence_seq_cst();
2658 }
2659
2660 static void
2661 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2662     vm_offset_t eva)
2663 {
2664
2665         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2666 }
2667
2668 static void
2669 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2670     vm_offset_t eva)
2671 {
2672
2673         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2674 }
2675
2676 static void
2677 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2678 {
2679 }
2680
2681 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2682     vm_offset_t))
2683 {
2684
2685         if (pmap_pcid_enabled)
2686                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2687                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2688         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2689 }
2690
2691 void
2692 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2693 {
2694         vm_offset_t addr;
2695
2696         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2697                 pmap_invalidate_all(pmap);
2698                 return;
2699         }
2700
2701         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2702                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2703                 return;
2704         }
2705
2706         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2707             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2708
2709         sched_pin();
2710         if (pmap == kernel_pmap) {
2711                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2712                         invlpg(addr);
2713         } else {
2714                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2715                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2716                                 invlpg(addr);
2717                 }
2718                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2719         }
2720         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap);
2721         sched_unpin();
2722 }
2723
2724 static inline void
2725 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2726 {
2727         struct invpcid_descr d;
2728         uint64_t kcr3, ucr3;
2729         uint32_t pcid;
2730         u_int cpuid, i;
2731
2732         if (pmap == kernel_pmap) {
2733                 if (invpcid_works1) {
2734                         bzero(&d, sizeof(d));
2735                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2736                 } else {
2737                         invltlb_glob();
2738                 }
2739         } else {
2740                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2741                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2742                         critical_enter();
2743                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2744                         if (invpcid_works1) {
2745                                 d.pcid = pcid;
2746                                 d.pad = 0;
2747                                 d.addr = 0;
2748                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2749                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2750                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2751                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2752                                 }
2753                         } else {
2754                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2755                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2756                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2757                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2758                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2759                                 } else {
2760                                         load_cr3(kcr3);
2761                                 }
2762                         }
2763                         critical_exit();
2764                 } else
2765                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2766                 CPU_FOREACH(i) {
2767                         if (cpuid != i)
2768                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2769                 }
2770         }
2771         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2772         atomic_thread_fence_seq_cst();
2773 }
2774
2775 static void
2776 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2777 {
2778
2779         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2780 }
2781
2782 static void
2783 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2784 {
2785
2786         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2787 }
2788
2789 static void
2790 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2791 {
2792
2793         if (pmap == kernel_pmap)
2794                 invltlb_glob();
2795         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2796                 invltlb();
2797 }
2798
2799 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2800 {
2801
2802         if (pmap_pcid_enabled)
2803                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2804                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2805         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2806 }
2807
2808 void
2809 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2810 {
2811
2812         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2813                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2814                 return;
2815         }
2816
2817         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2818             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2819
2820         sched_pin();
2821         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2822         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap);
2823         sched_unpin();
2824 }
2825
2826 void
2827 pmap_invalidate_cache(void)
2828 {
2829
2830         sched_pin();
2831         wbinvd();
2832         smp_cache_flush();
2833         sched_unpin();
2834 }
2835
2836 struct pde_action {
2837         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2838         pmap_t pmap;
2839         vm_offset_t va;
2840         pd_entry_t *pde;
2841         pd_entry_t newpde;
2842         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2843 };
2844
2845 static void
2846 pmap_update_pde_action(void *arg)
2847 {
2848         struct pde_action *act = arg;
2849
2850         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2851                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2852 }
2853
2854 static void
2855 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2856 {
2857         struct pde_action *act = arg;
2858
2859         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2860                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2861 }
2862
2863 /*
2864  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2865  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2866  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2867  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2868  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2869  * hardware error.
2870  */
2871 static void
2872 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2873 {
2874         struct pde_action act;
2875         cpuset_t active, other_cpus;
2876         u_int cpuid;
2877
2878         sched_pin();
2879         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2880         other_cpus = all_cpus;
2881         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2882         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2883                 active = all_cpus;
2884         else {
2885                 active = pmap->pm_active;
2886         }
2887         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2888                 act.store = cpuid;
2889                 act.invalidate = active;
2890                 act.va = va;
2891                 act.pmap = pmap;
2892                 act.pde = pde;
2893                 act.newpde = newpde;
2894                 CPU_SET(cpuid, &active);
2895                 smp_rendezvous_cpus(active,
2896                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2897                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2898         } else {
2899                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2900                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2901                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2902         }
2903         sched_unpin();
2904 }
2905 #else /* !SMP */
2906 /*
2907  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2908  */
2909 void
2910 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2911 {
2912         struct invpcid_descr d;
2913         uint64_t kcr3, ucr3;
2914         uint32_t pcid;
2915
2916         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2917                 pmap->pm_eptgen++;
2918                 return;
2919         }
2920         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2921             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2922
2923         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2924                 invlpg(va);
2925                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2926                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2927                         critical_enter();
2928                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2929                         if (invpcid_works) {
2930                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2931                                 d.pad = 0;
2932                                 d.addr = va;
2933                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2934                         } else {
2935                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2936                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2937                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2938                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2939                         }
2940                         critical_exit();
2941                 }
2942         } else if (pmap_pcid_enabled)
2943                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2944 }
2945
2946 void
2947 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2948 {
2949         struct invpcid_descr d;
2950         vm_offset_t addr;
2951         uint64_t kcr3, ucr3;
2952
2953         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2954                 pmap->pm_eptgen++;
2955                 return;
2956         }
2957         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2958             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2959
2960         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2961                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2962                         invlpg(addr);
2963                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2964                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2965                         critical_enter();
2966                         if (invpcid_works) {
2967                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2968                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2969                                 d.pad = 0;
2970                                 d.addr = sva;
2971                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2972                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2973                         } else {
2974                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2975                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2976                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2977                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2978                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2979                         }
2980                         critical_exit();
2981                 }
2982         } else if (pmap_pcid_enabled) {
2983                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2984         }
2985 }
2986
2987 void
2988 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2989 {
2990         struct invpcid_descr d;
2991         uint64_t kcr3, ucr3;
2992
2993         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2994                 pmap->pm_eptgen++;
2995                 return;
2996         }
2997         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2998             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
2999
3000         if (pmap == kernel_pmap) {
3001                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3002                         bzero(&d, sizeof(d));
3003                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3004                 } else {
3005                         invltlb_glob();
3006                 }
3007         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3008                 if (pmap_pcid_enabled) {
3009                         critical_enter();
3010                         if (invpcid_works) {
3011                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3012                                 d.pad = 0;
3013                                 d.addr = 0;
3014                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3015                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3016                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3017                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3018                                 }
3019                         } else {
3020                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3021                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3022                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3023                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3024                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3025                                 } else
3026                                         load_cr3(kcr3);
3027                         }
3028                         critical_exit();
3029                 } else {
3030                         invltlb();
3031                 }
3032         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3033                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3034         }
3035 }
3036
3037 PMAP_INLINE void
3038 pmap_invalidate_cache(void)
3039 {
3040
3041         wbinvd();
3042 }
3043
3044 static void
3045 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3046 {
3047
3048         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3049         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3050                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3051         else
3052                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3053 }
3054 #endif /* !SMP */
3055
3056 static void
3057 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3058 {
3059
3060         /*
3061          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3062          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3063          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3064          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3065          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3066          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3067          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3068          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3069          * TLB.
3070          */
3071         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3072                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3073         else
3074                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3075 }
3076
3077 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3078     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3079 {
3080
3081         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3082                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3083         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3084                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3085         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3086 }
3087
3088 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3089
3090 static void
3091 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3092 {
3093
3094         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3095             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3096         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3097             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3098 }
3099
3100 static void
3101 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3102 {
3103
3104         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3105 }
3106
3107 void
3108 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3109 {
3110
3111         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3112
3113         /*
3114          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3115          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3116          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3117          * for that range anyway.
3118          */
3119         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3120                 return;
3121
3122         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3123                 /*
3124                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3125                  * instruction to insure that previous stores are
3126                  * included in the write-back.  The processor
3127                  * propagates flush to other processors in the cache
3128                  * coherence domain.
3129                  */
3130                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3131                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3132                         clflushopt(sva);
3133                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3134         } else {
3135                 /*
3136                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3137                  */
3138                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3139                         mfence();
3140                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3141                         clflush(sva);
3142                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3143                         mfence();
3144         }
3145 }
3146
3147 static void
3148 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3149 {
3150
3151         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3152         pmap_invalidate_cache();
3153 }
3154
3155 /*
3156  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3157  *
3158  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3159  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3160  * when moving pages into a different cache domain.
3161  */
3162 void
3163 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3164 {
3165         vm_offset_t daddr, eva;
3166         int i;
3167         bool useclflushopt;
3168
3169         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3170         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3171             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3172                 pmap_invalidate_cache();
3173         else {
3174                 if (useclflushopt)
3175                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3176                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3177                         mfence();
3178                 for (i = 0; i < count; i++) {
3179                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3180                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3181                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3182                                 if (useclflushopt)
3183                                         clflushopt(daddr);
3184                                 else
3185                                         clflush(daddr);
3186                         }
3187                 }
3188                 if (useclflushopt)
3189                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3190                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3191                         mfence();
3192         }
3193 }
3194
3195 void
3196 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3197 {
3198
3199         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3200
3201         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3202                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3203                 return;
3204         }
3205
3206         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3207         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3208                 return;
3209
3210         atomic_thread_fence_seq_cst();
3211         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3212                 clwb(sva);
3213         atomic_thread_fence_seq_cst();
3214 }
3215
3216 void
3217 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3218 {
3219         pt_entry_t *pte;
3220         vm_offset_t vaddr;
3221         int error, pte_bits;
3222
3223         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3224             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3225         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3226             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3227
3228         if (spa < dmaplimit) {
3229                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3230                     dmaplimit, epa)));
3231                 if (dmaplimit >= epa)
3232                         return;
3233                 spa = dmaplimit;
3234         }
3235
3236         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3237             X86_PG_V;
3238         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3239             &vaddr);
3240         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3241         pte = vtopte(vaddr);
3242         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3243                 sched_pin();
3244                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3245                 invlpg(vaddr);
3246                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3247                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3248                 sched_unpin();
3249         }
3250         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3251 }
3252
3253 /*
3254  *      Routine:        pmap_extract
3255  *      Function:
3256  *              Extract the physical page address associated
3257  *              with the given map/virtual_address pair.
3258  */
3259 vm_paddr_t 
3260 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3261 {
3262         pdp_entry_t *pdpe;
3263         pd_entry_t *pde;
3264         pt_entry_t *pte, PG_V;
3265         vm_paddr_t pa;
3266
3267         pa = 0;
3268         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3269         PMAP_LOCK(pmap);
3270         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3271         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3272                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3273                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3274                 else {
3275                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3276                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3277                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3278                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3279                                             (va & PDRMASK);
3280                                 } else {
3281                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3282                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3283                                             (va & PAGE_MASK);
3284                                 }
3285                         }
3286                 }
3287         }
3288         PMAP_UNLOCK(pmap);
3289         return (pa);
3290 }
3291
3292 /*
3293  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3294  *      Function:
3295  *              Atomically extract and hold the physical page
3296  *              with the given pmap and virtual address pair
3297  *              if that mapping permits the given protection.
3298  */
3299 vm_page_t
3300 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3301 {
3302         pd_entry_t pde, *pdep;
3303         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3304         vm_page_t m;
3305
3306         m = NULL;
3307         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3308         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3309
3310         PMAP_LOCK(pmap);
3311         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3312         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3313                 if (pde & PG_PS) {
3314                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3315                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3316                                     (va & PDRMASK));
3317                 } else {
3318                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3319                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3320                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3321                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3322                 }
3323                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3324                         m = NULL;
3325         }
3326         PMAP_UNLOCK(pmap);
3327         return (m);
3328 }
3329
3330 vm_paddr_t
3331 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3332 {
3333         pd_entry_t pde;
3334         vm_paddr_t pa;
3335
3336         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3337                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3338         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3339                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3340         } else {
3341                 pde = *vtopde(va);
3342                 if (pde & PG_PS) {
3343                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3344                 } else {
3345                         /*
3346                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3347                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3348                          * be used to access the PTE because it would use the
3349                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3350                          * because the page table page is preserved by the
3351                          * promotion.
3352                          */
3353                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3354                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3355                 }
3356         }
3357         return (pa);
3358 }
3359
3360 /***************************************************
3361  * Low level mapping routines.....
3362  ***************************************************/
3363
3364 /*
3365  * Add a wired page to the kva.
3366  * Note: not SMP coherent.
3367  */
3368 PMAP_INLINE void 
3369 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3370 {
3371         pt_entry_t *pte;
3372
3373         pte = vtopte(va);
3374         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3375 }
3376
3377 static __inline void
3378 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3379 {
3380         pt_entry_t *pte;
3381         int cache_bits;
3382
3383         pte = vtopte(va);
3384         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3385         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3386 }
3387
3388 /*
3389  * Remove a page from the kernel pagetables.
3390  * Note: not SMP coherent.
3391  */
3392 PMAP_INLINE void
3393 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3394 {
3395         pt_entry_t *pte;
3396
3397         pte = vtopte(va);
3398         pte_clear(pte);
3399 }
3400
3401 /*
3402  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3403  *      virtual address space.
3404  *
3405  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3406  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3407  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3408  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3409  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3410  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3411  *      region.
3412  */
3413 vm_offset_t
3414 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3415 {
3416         return PHYS_TO_DMAP(start);
3417 }
3418
3419
3420 /*
3421  * Add a list of wired pages to the kva
3422  * this routine is only used for temporary
3423  * kernel mappings that do not need to have
3424  * page modification or references recorded.
3425  * Note that old mappings are simply written
3426  * over.  The page *must* be wired.
3427  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3428  */
3429 void
3430 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3431 {
3432         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3433         vm_page_t m;
3434         int cache_bits;
3435
3436         oldpte = 0;
3437         pte = vtopte(sva);
3438         endpte = pte + count;
3439         while (pte < endpte) {
3440                 m = *ma++;
3441                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3442                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3443                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3444                         oldpte |= *pte;
3445                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3446                 }
3447                 pte++;
3448         }
3449         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3450                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3451                     PAGE_SIZE);
3452 }
3453
3454 /*
3455  * This routine tears out page mappings from the
3456  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3457  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3458  */
3459 void
3460 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3461 {
3462         vm_offset_t va;
3463
3464         va = sva;
3465         while (count-- > 0) {
3466                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3467                 pmap_kremove(va);
3468                 va += PAGE_SIZE;
3469         }
3470         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3471 }
3472
3473 /***************************************************
3474  * Page table page management routines.....
3475  ***************************************************/
3476 /*
3477  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3478  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3479  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3480  */
3481 static __inline void
3482 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3483     boolean_t set_PG_ZERO)
3484 {
3485
3486         if (set_PG_ZERO)
3487                 m->flags |= PG_ZERO;
3488         else
3489                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3490         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3491 }
3492         
3493 /*
3494  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3495  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3496  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3497  * ordered by this virtual address range.
3498  *
3499  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3500  */
3501 static __inline int
3502 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3503 {
3504
3505         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3506         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3507         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3508 }
3509
3510 /*
3511  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3512  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3513  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3514  * specified virtual address.
3515  */
3516 static __inline vm_page_t
3517 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3518 {
3519
3520         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3521         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3522 }
3523
3524 /*
3525  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3526  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3527  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3528  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3529  */
3530 static inline boolean_t
3531 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3532 {
3533
3534         --m->ref_count;
3535         if (m->ref_count == 0) {
3536                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3537                 return (TRUE);
3538         } else
3539                 return (FALSE);
3540 }
3541
3542 static void
3543 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3544 {
3545
3546         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3547         /*
3548          * unmap the page table page
3549          */
3550         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3551                 /* PDP page */
3552                 pml4_entry_t *pml4;
3553                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3554                 *pml4 = 0;
3555                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3556                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3557                         *pml4 = 0;
3558                 }
3559         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3560                 /* PD page */
3561                 pdp_entry_t *pdp;
3562                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3563                 *pdp = 0;
3564         } else {
3565                 /* PTE page */
3566                 pd_entry_t *pd;
3567                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3568                 *pd = 0;
3569         }
3570         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3571         if (m->pindex < NUPDE) {
3572                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3573                 vm_page_t pdpg;
3574
3575                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3576                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3577         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3578                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3579                 vm_page_t pdppg;
3580
3581                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3582                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3583         }
3584
3585         /* 
3586          * Put page on a list so that it is released after
3587          * *ALL* TLB shootdown is done
3588          */
3589         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3590 }
3591
3592 /*
3593  * After removing a page table entry, this routine is used to
3594  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3595  */
3596 static int
3597 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3598     struct spglist *free)
3599 {
3600         vm_page_t mpte;
3601
3602         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3603                 return (0);
3604         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3605         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3606         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3607 }
3608
3609 /*
3610  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3611  * mapping.
3612  */
3613 static void
3614 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3615 {
3616         struct spglist free;
3617
3618         SLIST_INIT(&free);
3619         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3620                 /*
3621                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3622                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3623                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3624                  */
3625                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3626                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3627         }
3628 }
3629
3630 void
3631 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3632 {
3633         struct proc *p;
3634         struct thread *td;
3635         int i;
3636
3637         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3638         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3639         pmap->pm_pml4u = NULL;
3640         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3641         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3642         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3643         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3644         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3645         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3646         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3647         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3648         CPU_FOREACH(i) {
3649                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3650                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3651         }
3652         pmap_activate_boot(pmap);
3653         td = curthread;
3654         if (pti) {
3655                 p = td->td_proc;
3656                 PROC_LOCK(p);
3657                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3658                 PROC_UNLOCK(p);
3659         }
3660         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3661
3662         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3663                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3664                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3665                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3666         }
3667 }
3668
3669 void
3670 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3671 {
3672         pml4_entry_t *pm_pml4;
3673         int i;
3674
3675         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3676
3677         /* Wire in kernel global address entries. */
3678         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3679                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3680                     X86_PG_V;
3681         }
3682         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3683                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3684                     X86_PG_V;
3685         }
3686
3687         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3688         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3689             X86_PG_A | X86_PG_M;
3690
3691         /* install large map entries if configured */
3692         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3693                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3694 }
3695
3696 static void
3697 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3698 {
3699         pml4_entry_t *pm_pml4;
3700         int i;
3701
3702         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3703         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3704                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3705 }
3706
3707 /*
3708  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3709  * such as one in a vmspace structure.
3710  */
3711 int
3712 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3713 {
3714         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3715         vm_paddr_t pml4phys;
3716         int i;
3717
3718         /*
3719          * allocate the page directory page
3720          */
3721         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3722             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3723
3724         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3725         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3726         CPU_FOREACH(i) {
3727                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3728                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3729         }
3730         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3731         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3732         pmap->pm_pml4u = NULL;
3733
3734         pmap->pm_type = pm_type;
3735         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3736                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3737
3738         /*
3739          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3740          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3741          * address space.
3742          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3743          */
3744         if (pm_type == PT_X86) {
3745                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3746                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3747                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3748                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3749                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3750                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3751                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3752                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3753                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3754                 }
3755                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3756                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3757                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3758                 }
3759         }
3760
3761         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3762         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3763         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3764         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3765         pmap->pm_flags = flags;
3766         pmap->pm_eptgen = 0;
3767
3768         return (1);
3769 }
3770
3771 int
3772 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3773 {
3774
3775         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3776 }
3777
3778 /*
3779  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3780  *
3781  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3782  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3783  *
3784  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3785  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3786  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3787  * race conditions.
3788  */
3789 static vm_page_t
3790 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3791 {
3792         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3793         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3794
3795         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3796
3797         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3798         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3799         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3800         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3801
3802         /*
3803          * Allocate a page table page.
3804          */
3805         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3806             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3807                 if (lockp != NULL) {
3808                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3809                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3810                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3811                         vm_wait(NULL);
3812                         PMAP_LOCK(pmap);
3813                 }
3814
3815                 /*
3816                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3817                  * page may have been allocated.
3818                  */
3819                 return (NULL);
3820         }
3821         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3822                 pmap_zero_page(m);
3823
3824         /*
3825          * Map the pagetable page into the process address space, if
3826          * it isn't already there.
3827          */
3828
3829         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3830                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3831                 vm_pindex_t pml4index;
3832
3833                 /* Wire up a new PDPE page */
3834                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3835                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3836                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3837                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3838                         /*
3839                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3840                          * kernel-mode page table no-execute so that
3841                          * we detect any programming errors that leave
3842                          * the kernel-mode page table active on return
3843                          * to user space.
3844                          */
3845                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3846                                 *pml4 |= pg_nx;
3847
3848                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3849                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3850                             PG_A | PG_M;
3851                 }
3852
3853         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3854                 vm_pindex_t pml4index;
3855                 vm_pindex_t pdpindex;
3856                 pml4_entry_t *pml4;
3857                 pdp_entry_t *pdp;
3858
3859                 /* Wire up a new PDE page */
3860                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3861                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3862
3863                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3864                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3865                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3866                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3867                             lockp) == NULL) {
3868                                 vm_page_unwire_noq(m);
3869                                 vm_page_free_zero(m);
3870                                 return (NULL);
3871                         }
3872                 } else {
3873                         /* Add reference to pdp page */
3874                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3875                         pdppg->ref_count++;
3876                 }
3877                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3878
3879                 /* Now find the pdp page */
3880                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3881                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3882
3883         } else {
3884                 vm_pindex_t pml4index;
3885                 vm_pindex_t pdpindex;
3886                 pml4_entry_t *pml4;
3887                 pdp_entry_t *pdp;
3888                 pd_entry_t *pd;
3889
3890                 /* Wire up a new PTE page */
3891                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3892                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3893
3894                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3895                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3896                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3897                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3898                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3899                             lockp) == NULL) {
3900                                 vm_page_unwire_noq(m);
3901                                 vm_page_free_zero(m);
3902                                 return (NULL);
3903                         }
3904                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3905                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3906                 } else {
3907                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3908                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3909                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3910                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3911                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3912                                     lockp) == NULL) {
3913                                         vm_page_unwire_noq(m);
3914                                         vm_page_free_zero(m);
3915                                         return (NULL);
3916                                 }
3917                         } else {
3918                                 /* Add reference to the pd page */
3919                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3920                                 pdpg->ref_count++;
3921                         }
3922                 }
3923                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3924
3925                 /* Now we know where the page directory page is */
3926                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3927                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3928         }
3929
3930         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3931
3932         return (m);
3933 }
3934
3935 static pd_entry_t *
3936 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
3937     struct rwlock **lockp)
3938 {
3939         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3940         pd_entry_t *pde;
3941         vm_page_t pdpg;
3942         vm_pindex_t pdpindex;
3943
3944         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3945
3946 retry:
3947         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3948         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3949                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3950                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3951                         /* Add a reference to the pd page. */
3952                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3953                         pdpg->ref_count++;
3954                 } else
3955                         pdpg = NULL;
3956         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3957                 /* Allocate a pd page. */
3958                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
3959                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3960                 if (pdpg == NULL) {
3961                         if (lockp != NULL)
3962                                 goto retry;
3963                         else
3964                                 return (NULL);
3965                 }
3966                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3967                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3968         } else
3969                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
3970                     va);
3971         *pdpgp = pdpg;
3972         return (pde);
3973 }
3974
3975 static vm_page_t
3976 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3977 {
3978         vm_pindex_t ptepindex;
3979         pd_entry_t *pd, PG_V;
3980         vm_page_t m;
3981
3982         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3983
3984         /*
3985          * Calculate pagetable page index
3986          */
3987         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
3988 retry:
3989         /*
3990          * Get the page directory entry
3991          */
3992         pd = pmap_pde(pmap, va);
3993
3994         /*
3995          * This supports switching from a 2MB page to a
3996          * normal 4K page.
3997          */
3998         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
3999                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4000                         /*
4001                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4002                          * the deallocation of the underlying PD page.
4003                          */
4004                         pd = NULL;
4005                 }
4006         }
4007
4008         /*
4009          * If the page table page is mapped, we just increment the
4010          * hold count, and activate it.
4011          */
4012         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4013                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4014                 m->ref_count++;
4015         } else {
4016                 /*
4017                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4018                  * deallocated.
4019                  */
4020                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
4021                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4022                         goto retry;
4023         }
4024         return (m);
4025 }
4026
4027
4028 /***************************************************
4029  * Pmap allocation/deallocation routines.
4030  ***************************************************/
4031
4032 /*
4033  * Release any resources held by the given physical map.
4034  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4035  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4036  */
4037 void
4038 pmap_release(pmap_t pmap)
4039 {
4040         vm_page_t m;
4041         int i;
4042
4043         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4044             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
4045             pmap->pm_stats.resident_count));
4046         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4047             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
4048         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4049             ("releasing active pmap %p", pmap));
4050
4051         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
4052
4053         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4054                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
4055         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4056                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
4057         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
4058         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4059                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
4060
4061         vm_page_unwire_noq(m);
4062         vm_page_free_zero(m);
4063
4064         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
4065                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
4066                 vm_page_unwire_noq(m);
4067                 vm_page_free(m);
4068         }
4069         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4070             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4071                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4072 }
4073
4074 static int
4075 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4076 {
4077         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4078
4079         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4080 }
4081 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4082     0, 0, kvm_size, "LU",
4083     "Size of KVM");
4084
4085 static int
4086 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4087 {
4088         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4089
4090         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4091 }
4092 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4093     0, 0, kvm_free, "LU",
4094     "Amount of KVM free");
4095
4096 /*
4097  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4098  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4099  */
4100 void
4101 pmap_page_array_startup(long pages)
4102 {
4103         pdp_entry_t *pdpe;
4104         pd_entry_t *pde, newpdir;
4105         vm_offset_t va, start, end;
4106         vm_paddr_t pa;
4107         long pfn;
4108         int domain, i;
4109
4110         vm_page_array_size = pages;
4111
4112         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4113         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4114         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4115                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4116                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4117                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4118                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4119                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4120                         dump_add_page(pa);
4121                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4122                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4123                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4124                 }
4125                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4126                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4127                         panic("Unexpected pde");
4128                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4129                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4130                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4131                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4132                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4133                 pde_store(pde, newpdir);
4134         }
4135         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4136 }
4137
4138 /*
4139  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4140  */
4141 void
4142 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4143 {
4144         vm_paddr_t paddr;
4145         vm_page_t nkpg;
4146         pd_entry_t *pde, newpdir;
4147         pdp_entry_t *pdpe;
4148
4149         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4150
4151         /*
4152          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4153          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4154          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4155          *
4156          * The correctness of this action is based on the following
4157          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4158          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4159          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4160          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4161          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4162          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4163          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4164          * "KERNBASE".
4165          */
4166         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4167                 return;
4168
4169         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4170         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4171                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4172         while (kernel_vm_end < addr) {
4173                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4174                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4175                         /* We need a new PDP entry */
4176                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4177                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4178                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
4179                         if (nkpg == NULL)
4180                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4181                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4182                                 pmap_zero_page(nkpg);
4183                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4184                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4185                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4186                         continue; /* try again */
4187                 }
4188                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4189                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4190                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4191                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4192                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4193                                 break;                       
4194                         }
4195                         continue;
4196                 }
4197
4198                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4199                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4200                     VM_ALLOC_ZERO);
4201                 if (nkpg == NULL)
4202                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4203                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4204                         pmap_zero_page(nkpg);
4205                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4206                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4207                 pde_store(pde, newpdir);
4208
4209                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4210                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4211                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4212                         break;                       
4213                 }
4214         }
4215 }
4216
4217
4218 /***************************************************
4219  * page management routines.
4220  ***************************************************/
4221
4222 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4223 CTASSERT(_NPCM == 3);
4224 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4225
4226 static __inline struct pv_chunk *
4227 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4228 {
4229
4230         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4231 }
4232
4233 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4234
4235 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4236 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4237 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4238
4239 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4240
4241 #ifdef PV_STATS
4242 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4243
4244 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4245         "Current number of pv entry chunks");
4246 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4247         "Current number of pv entry chunks allocated");
4248 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4249         "Current number of pv entry chunks frees");
4250 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4251         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4252
4253 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4254 static int pv_entry_spare;
4255
4256 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4257         "Current number of pv entry frees");
4258 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4259         "Current number of pv entry allocs");
4260 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4261         "Current number of pv entries");
4262 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4263         "Current number of spare pv entries");
4264 #endif
4265
4266 static void
4267 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4268 {
4269
4270         if (pmap == NULL)
4271                 return;
4272         pmap_invalidate_all(pmap);
4273         if (pmap != locked_pmap)
4274                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4275         if (start_di)
4276                 pmap_delayed_invl_finish();
4277 }
4278
4279 /*
4280  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4281  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4282  * another pv entry chunk.
4283  *
4284  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4285  *
4286  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4287  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4288  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4289  */
4290 static vm_page_t
4291 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4292 {
4293         struct pv_chunks_list *pvc;
4294         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4295         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4296         struct md_page *pvh;
4297         pd_entry_t *pde;
4298         pmap_t next_pmap, pmap;
4299         pt_entry_t *pte, tpte;
4300         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4301         pv_entry_t pv;
4302         vm_offset_t va;
4303         vm_page_t m, m_pc;
4304         struct spglist free;
4305         uint64_t inuse;
4306         int bit, field, freed;
4307         bool start_di, restart;
4308
4309         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4310         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4311         pmap = NULL;
4312         m_pc = NULL;
4313         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4314         SLIST_INIT(&free);
4315         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4316         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4317         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4318         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4319
4320         /*
4321          * A delayed invalidation block should already be active if
4322          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4323          * of pmap_demote_pde_locked().
4324          */
4325         start_di = pmap_not_in_di();
4326
4327         pvc = &pv_chunks[domain];
4328         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4329         pvc->active_reclaims++;
4330         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4331         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4332         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4333             SLIST_EMPTY(&free)) {
4334                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4335                 if (next_pmap == NULL) {
4336                         /*
4337                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4338                          * not our marker, so active_reclaims must be
4339                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4340                          * will not rotate the pv_chunks list.
4341                          */
4342                         goto next_chunk;
4343                 }
4344                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4345
4346                 /*
4347                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4348                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4349                  * corresponding pmap is locked.
4350                  */
4351                 if (pmap != next_pmap) {
4352                         restart = false;
4353                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4354                             start_di);
4355                         pmap = next_pmap;
4356                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4357                         if (pmap > locked_pmap) {
4358                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4359                                 PMAP_LOCK(pmap);
4360                                 if (start_di)
4361                                         pmap_delayed_invl_start();
4362                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4363                                 restart = true;
4364                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4365                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4366                                         if (start_di)
4367                                                 pmap_delayed_invl_start();
4368                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4369                                         restart = true;
4370                                 } else {
4371                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4372                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4373                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4374                                         if (pc == NULL ||
4375                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4376                                                 continue;
4377                                         goto next_chunk;
4378                                 }
4379                         } else if (start_di)
4380                                 pmap_delayed_invl_start();
4381                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4382                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4383                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4384                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4385                         if (restart)
4386                                 continue;
4387                 }
4388
4389                 /*
4390                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4391                  */
4392                 freed = 0;
4393                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4394                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4395                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4396                                 bit = bsfq(inuse);
4397                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4398                                 va = pv->pv_va;
4399                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4400                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4401                                         continue;
4402                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4403                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4404                                         continue;
4405                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4406                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4407                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4408                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4409                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4410                                         vm_page_dirty(m);
4411                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4412                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4413                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4414                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4415                                 m->md.pv_gen++;
4416                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4417                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4418                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4419                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4420                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4421                                                     PGA_WRITEABLE);
4422                                         }
4423                                 }
4424                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4425                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4426                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4427                                 freed++;
4428                         }
4429                 }
4430                 if (freed == 0) {
4431                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4432                         goto next_chunk;
4433                 }
4434                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4435                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4436                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4437                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4438                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4439                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4440                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4441                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4442                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4443                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4444                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4445                         /* Entire chunk is free; return it. */
4446                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4447                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4448                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4449                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4450                         break;
4451                 }
4452                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4453                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4454                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4455                 if (pmap == locked_pmap)
4456                         break;
4457 next_chunk:
4458                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4459                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4460                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4461                         /*
4462                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4463                          * scan the same pv chunks that could not be
4464                          * freed (because they contained a wired
4465                          * and/or superpage mapping) on every
4466                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4467                          */
4468                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4469                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4470                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4471                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4472                         }
4473                 }
4474         }
4475         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4476         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4477         pvc->active_reclaims--;
4478         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4479         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4480         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4481                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4482                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4483                 /* Recycle a freed page table page. */
4484                 m_pc->ref_count = 1;
4485         }
4486         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4487         return (m_pc);
4488 }
4489
4490 static vm_page_t
4491 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4492 {
4493         vm_page_t m;
4494         int i, domain;
4495
4496         domain = PCPU_GET(domain);
4497         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4498                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4499                 if (m != NULL)
4500                         break;
4501                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4502         }
4503
4504         return (m);
4505 }
4506
4507 /*
4508  * free the pv_entry back to the free list
4509  */
4510 static void
4511 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4512 {
4513         struct pv_chunk *pc;
4514         int idx, field, bit;
4515
4516         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4517         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4518         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4519         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4520         pc = pv_to_chunk(pv);
4521         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4522         field = idx / 64;
4523         bit = idx % 64;
4524         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4525         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4526             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4527                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4528                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4529                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4530                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4531                 }
4532                 return;
4533         }
4534         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4535         free_pv_chunk(pc);
4536 }
4537
4538 static void
4539 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4540 {
4541         vm_page_t m;
4542
4543         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4544         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4545         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4546         /* entire chunk is free, return it */
4547         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4548         dump_drop_page(m->phys_addr);
4549         vm_page_unwire_noq(m);
4550         vm_page_free(m);
4551 }
4552
4553 static void
4554 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4555 {
4556         struct pv_chunks_list *pvc;
4557
4558         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4559         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4560         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4561         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4562         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4563 }
4564
4565 static void
4566 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4567 {
4568         struct pv_chunks_list *pvc;
4569         struct pv_chunk *pc, *npc;
4570         int i;
4571
4572         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4573                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
4574                         continue;
4575                 pvc = &pv_chunks[i];
4576                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4577                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
4578                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4579                 }
4580                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4581         }
4582
4583         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4584                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
4585                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4586                 }
4587         }
4588 }
4589
4590 /*
4591  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4592  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4593  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4594  * returned.
4595  *
4596  * The given PV list lock may be released.
4597  */
4598 static pv_entry_t
4599 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4600 {
4601         struct pv_chunks_list *pvc;
4602         int bit, field;
4603         pv_entry_t pv;
4604         struct pv_chunk *pc;
4605         vm_page_t m;
4606
4607         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4608         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4609 retry:
4610         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4611         if (pc != NULL) {
4612                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4613                         if (pc->pc_map[field]) {
4614                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4615                                 break;
4616                         }
4617                 }
4618                 if (field < _NPCM) {
4619                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4620                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4621                         /* If this was the last item, move it to tail */
4622                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4623                             pc->pc_map[2] == 0) {
4624                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4625                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4626                                     pc_list);
4627                         }
4628                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4629                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4630                         return (pv);
4631                 }
4632         }
4633         /* No free items, allocate another chunk */
4634         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4635             VM_ALLOC_WIRED);
4636         if (m == NULL) {
4637                 if (lockp == NULL) {
4638                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4639                         return (NULL);
4640                 }
4641                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4642                 if (m == NULL)
4643                         goto retry;
4644         }
4645         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4646         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4647         dump_add_page(m->phys_addr);
4648         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4649         pc->pc_pmap = pmap;
4650         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4651         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4652         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4653         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
4654         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4655         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4656         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4657         pv = &pc->pc_pventry[0];
4658         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4659         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4660         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4661         return (pv);
4662 }
4663
4664 /*
4665  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4666  *
4667  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4668  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4669  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4670  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4671  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4672  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4673  * as well.
4674  *
4675  * Reference numbers for erratas are
4676  * 4th Gen Core: HSD146
4677  * 5th Gen Core: BDM85
4678  * 6th Gen Core: SKL029
4679  */
4680 static int
4681 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4682 {
4683         u_long result, tmp;
4684
4685         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4686             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4687             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4688             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4689             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4690         return (result);
4691 }
4692
4693 /*
4694  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4695  * exceeds the given count, "needed".
4696  *
4697  * The given PV list lock may be released.
4698  */
4699 static void
4700 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4701 {
4702         struct pv_chunks_list *pvc;
4703         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
4704         struct pv_chunk *pc;
4705         vm_page_t m;
4706         int avail, free, i;
4707         bool reclaimed;
4708
4709         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4710         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4711
4712         /*
4713          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4714          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4715          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4716          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4717          */
4718         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
4719                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
4720 retry:
4721         avail = 0;
4722         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4723 #ifndef __POPCNT__
4724                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4725                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4726                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4727                 else
4728 #endif
4729                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4730                 if (free == 0)
4731                         break;
4732                 avail += free;
4733                 if (avail >= needed)
4734                         break;
4735         }
4736         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4737                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4738                     VM_ALLOC_WIRED);
4739                 if (m == NULL) {
4740                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4741                         if (m == NULL)
4742                                 goto retry;
4743                         reclaimed = true;
4744                 }
4745                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4746                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4747                 dump_add_page(m->phys_addr);
4748                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4749                 pc->pc_pmap = pmap;
4750                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4751                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4752                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4753                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4754                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
4755                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4756
4757                 /*
4758                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4759                  * If that chunk contained available entries, we need to
4760                  * re-count the number of available entries.
4761                  */
4762                 if (reclaimed)
4763                         goto retry;
4764         }
4765         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4766                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
4767                         continue;
4768                 pvc = &pv_chunks[i];
4769                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4770                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
4771                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4772         }
4773 }
4774
4775 /*
4776  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4777  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4778  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4779  * 2MB page mappings.
4780  */
4781 static __inline pv_entry_t
4782 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4783 {
4784         pv_entry_t pv;
4785
4786         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4787                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4788                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4789                         pvh->pv_gen++;
4790                         break;
4791                 }
4792         }
4793         return (pv);
4794 }
4795
4796 /*
4797  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4798  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4799  * entries for each of the 4KB page mappings.
4800  */
4801 static void
4802 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4803     struct rwlock **lockp)
4804 {
4805         struct md_page *pvh;
4806         struct pv_chunk *pc;
4807         pv_entry_t pv;
4808         vm_offset_t va_last;
4809         vm_page_t m;
4810         int bit, field;
4811
4812         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4813         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4814             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4815         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4816
4817         /*
4818          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4819          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4820          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4821          */
4822         pvh = pa_to_pvh(pa);
4823         va = trunc_2mpage(va);
4824         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4825         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4826         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4827         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4828         m->md.pv_gen++;
4829         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4830         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4831         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4832         for (;;) {
4833                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4834                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4835                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4836                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4837                         while (pc->pc_map[field]) {
4838                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4839                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4840                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4841                                 va += PAGE_SIZE;
4842                                 pv->pv_va = va;
4843                                 m++;
4844                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4845                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4846                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4847                                 m->md.pv_gen++;
4848                                 if (va == va_last)
4849                                         goto out;
4850                         }
4851                 }
4852                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4853                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4854         }
4855 out:
4856         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4857                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4858                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4859         }
4860         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4861         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4862 }
4863
4864 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4865 /*
4866  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4867  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4868  * for the 2MB page mapping.
4869  */
4870 static void
4871 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4872     struct rwlock **lockp)
4873 {
4874         struct md_page *pvh;
4875         pv_entry_t pv;
4876         vm_offset_t va_last;
4877         vm_page_t m;
4878
4879         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4880             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4881         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4882
4883         /*
4884          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4885          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4886          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4887          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4888          * mappings that is being promoted.
4889          */
4890         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4891         va = trunc_2mpage(va);
4892         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4893         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4894         pvh = pa_to_pvh(pa);
4895         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4896         pvh->pv_gen++;
4897         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4898         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4899         do {
4900                 m++;
4901                 va += PAGE_SIZE;
4902                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4903         } while (va < va_last);
4904 }
4905 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4906
4907 /*
4908  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4909  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4910  * page mappings.
4911  */
4912 static void
4913 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4914 {
4915         pv_entry_t pv;
4916
4917         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4918         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4919         free_pv_entry(pmap, pv);
4920 }
4921
4922 /*
4923  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4924  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4925  */
4926 static boolean_t
4927 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4928     struct rwlock **lockp)
4929 {
4930         pv_entry_t pv;
4931
4932         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4933         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4934         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4935                 pv->pv_va = va;
4936                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4937                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4938                 m->md.pv_gen++;
4939                 return (TRUE);
4940         } else
4941                 return (FALSE);
4942 }
4943
4944 /*
4945  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4946  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4947  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4948  */
4949 static bool
4950 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4951     struct rwlock **lockp)
4952 {
4953         struct md_page *pvh;
4954         pv_entry_t pv;
4955         vm_paddr_t pa;
4956
4957         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4958         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4959         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4960             NULL : lockp)) == NULL)
4961                 return (false);
4962         pv->pv_va = va;
4963         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4964         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4965         pvh = pa_to_pvh(pa);
4966         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4967         pvh->pv_gen++;
4968         return (true);
4969 }
4970
4971 /*
4972  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4973  */
4974 static void
4975 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4976 {
4977         pt_entry_t *pte;
4978
4979         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
4980                 *pte = newpte;
4981                 newpte += PAGE_SIZE;
4982         }
4983 }
4984
4985 /*
4986  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
4987  * mapping is invalidated.
4988  */
4989 static boolean_t
4990 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
4991 {
4992         struct rwlock *lock;
4993         boolean_t rv;
4994
4995         lock = NULL;
4996         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
4997         if (lock != NULL)
4998                 rw_wunlock(lock);
4999         return (rv);
5000 }
5001
5002 static void
5003 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5004 {
5005 #ifdef INVARIANTS
5006 #ifdef DIAGNOSTIC
5007         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5008
5009         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5010             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5011                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5012                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5013                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5014                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5015                         printf("page table dump\n");
5016                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5017                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5018                         panic("firstpte");
5019                 }
5020         }
5021 #else
5022         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5023             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5024             " addresses"));
5025 #endif
5026 #endif
5027 }
5028
5029 static void
5030 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5031     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5032 {
5033         struct spglist free;
5034         vm_offset_t sva;
5035
5036         SLIST_INIT(&free);
5037         sva = trunc_2mpage(va);
5038         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5039         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5040                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5041         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5042         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5043             va, pmap);
5044 }
5045
5046 static boolean_t
5047 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5048     struct rwlock **lockp)
5049 {
5050         pd_entry_t newpde, oldpde;
5051         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5052         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5053         vm_paddr_t mptepa;
5054         vm_page_t mpte;
5055         int PG_PTE_CACHE;
5056         bool in_kernel;
5057
5058         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5059         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5060         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5061         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5062         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5063         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5064         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5065
5066         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5067         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5068         oldpde = *pde;
5069         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5070             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5071
5072         /*
5073          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5074          * mapping was never accessed.
5075          */
5076         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5077                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5078                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5079                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5080                 return (FALSE);
5081         }
5082
5083         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5084         if (mpte == NULL) {
5085                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5086                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5087                     " is missing"));
5088
5089                 /*
5090                  * If the page table page is missing and the mapping
5091                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5092                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5093                  * for every other part of the kernel address space,
5094                  * so the direct map region is the only part of the
5095                  * kernel address space that must be handled here.
5096                  */
5097                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5098                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5099                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5100
5101                 /*
5102                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5103                  * region of the kernel's address space, then the page
5104                  * allocation request specifies the highest possible
5105                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5106                  * priority is normal.
5107                  */
5108                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5109                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5110                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5111
5112                 /*
5113                  * If the allocation of the new page table page fails,
5114                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5115                  */
5116                 if (mpte == NULL) {
5117                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5118                         return (FALSE);
5119                 }
5120
5121                 if (!in_kernel) {
5122                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5123                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5124                 }
5125         }
5126         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5127         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5128         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5129         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5130             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5131         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5132         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5133
5134         /*
5135          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5136          * initialize it.
5137          */
5138         if (mpte->valid == 0)
5139                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5140
5141         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5142
5143         /*
5144          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5145          * entries.
5146          */
5147         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5148                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5149
5150         /*
5151          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5152          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5153          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5154          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5155          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5156          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5157          */
5158         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5159                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5160
5161         /*
5162          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5163          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5164          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5165          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5166          * the read above and the store below. 
5167          */
5168         if (workaround_erratum383)
5169                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5170         else
5171                 pde_store(pde, newpde);
5172
5173         /*
5174          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5175          */
5176         if (in_kernel)
5177                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5178
5179         /*
5180          * Demote the PV entry.
5181          */
5182         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5183                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5184
5185         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5186         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5187             va, pmap);
5188         return (TRUE);
5189 }
5190
5191 /*
5192  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5193  */
5194 static void
5195 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5196 {
5197         pd_entry_t newpde;
5198         vm_paddr_t mptepa;
5199         vm_page_t mpte;
5200
5201         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5202         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5203         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5204         if (mpte == NULL)
5205                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5206
5207         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5208         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5209
5210         /*
5211          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5212          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5213          */
5214         if (mpte->valid != 0)
5215                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5216
5217         /*
5218          * Demote the mapping.
5219          */
5220         if (workaround_erratum383)
5221                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5222         else
5223                 pde_store(pde, newpde);
5224
5225         /*
5226          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5227          */
5228         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5229 }
5230
5231 /*
5232  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5233  */
5234 static int
5235 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5236     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5237 {
5238         struct md_page *pvh;
5239         pd_entry_t oldpde;
5240         vm_offset_t eva, va;
5241         vm_page_t m, mpte;
5242         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5243
5244         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5245         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5246         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5247         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5248
5249         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5250         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5251             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5252         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5253         if (oldpde & PG_W)
5254                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5255         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5256                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5257         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5258         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5259                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5260                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5261                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5262                 eva = sva + NBPDR;
5263                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5264                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5265                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5266                                 vm_page_dirty(m);
5267                         if (oldpde & PG_A)
5268                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5269                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5270                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5271                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5272                         pmap_delayed_invl_page(m);
5273                 }
5274         }
5275         if (pmap == kernel_pmap) {
5276                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5277         } else {
5278                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5279                 if (mpte != NULL) {
5280                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5281                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5282                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5283                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5284                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5285                         mpte->ref_count = 0;
5286                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5287                 }
5288         }
5289         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5290 }
5291
5292 /*
5293  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5294  */
5295 static int
5296 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5297     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5298 {
5299         struct md_page *pvh;
5300         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5301         vm_page_t m;
5302
5303         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5304         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5305         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5306
5307         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5308         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5309         if (oldpte & PG_W)
5310                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5311         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5312         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5313                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5314                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5315                         vm_page_dirty(m);
5316                 if (oldpte & PG_A)
5317                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5318                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5319                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5320                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5321                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5322                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5323                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5324                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5325                 }
5326                 pmap_delayed_invl_page(m);
5327         }
5328         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5329 }
5330
5331 /*
5332  * Remove a single page from a process address space
5333  */
5334 static void
5335 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5336     struct spglist *free)
5337 {
5338         struct rwlock *lock;
5339         pt_entry_t *pte, PG_V;
5340
5341         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5342         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5343         if ((*pde & PG_V) == 0)
5344                 return;
5345         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5346         if ((*pte & PG_V) == 0)
5347                 return;
5348         lock = NULL;
5349         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5350         if (lock != NULL)
5351                 rw_wunlock(lock);
5352         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5353 }
5354
5355 /*
5356  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5357  */
5358 static bool
5359 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5360     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5361 {
5362         pt_entry_t PG_G, *pte;
5363         vm_offset_t va;
5364         bool anyvalid;
5365
5366         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5367         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5368         anyvalid = false;
5369         va = eva;
5370         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5371             sva += PAGE_SIZE) {
5372                 if (*pte == 0) {
5373                         if (va != eva) {
5374                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5375                                 va = eva;
5376                         }
5377                         continue;
5378                 }
5379                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5380                         anyvalid = true;
5381                 else if (va == eva)
5382                         va = sva;
5383                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5384                         sva += PAGE_SIZE;
5385                         break;
5386                 }
5387         }
5388         if (va != eva)
5389                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5390         return (anyvalid);
5391 }
5392
5393 /*
5394  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5395  *
5396  *      It is assumed that the start and end are properly
5397  *      rounded to the page size.
5398  */
5399 void
5400 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5401 {
5402         struct rwlock *lock;
5403         vm_offset_t va_next;
5404         pml4_entry_t *pml4e;
5405         pdp_entry_t *pdpe;
5406         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5407         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5408         struct spglist free;
5409         int anyvalid;
5410
5411         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5412         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5413
5414         /*
5415          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5416          */
5417         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5418                 return;
5419
5420         anyvalid = 0;
5421         SLIST_INIT(&free);
5422
5423         pmap_delayed_invl_start();
5424         PMAP_LOCK(pmap);
5425         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5426
5427         /*
5428          * special handling of removing one page.  a very
5429          * common operation and easy to short circuit some
5430          * code.
5431          */
5432         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5433                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5434                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5435                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5436                         goto out;
5437                 }
5438         }
5439
5440         lock = NULL;
5441         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5442
5443                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5444                         break;
5445
5446                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5447                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5448                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5449                         if (va_next < sva)
5450                                 va_next = eva;
5451                         continue;
5452                 }
5453
5454                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5455                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5456                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5457                         if (va_next < sva)
5458                                 va_next = eva;
5459                         continue;
5460                 }
5461
5462                 /*
5463                  * Calculate index for next page table.
5464                  */
5465                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5466                 if (va_next < sva)
5467                         va_next = eva;
5468
5469                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5470                 ptpaddr = *pde;
5471
5472                 /*
5473                  * Weed out invalid mappings.
5474                  */
5475                 if (ptpaddr == 0)
5476                         continue;
5477
5478                 /*
5479                  * Check for large page.
5480                  */
5481                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5482                         /*
5483                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5484                          * demote the mapping and fall through.
5485                          */
5486                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5487                                 /*
5488                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5489                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5490                                  */
5491                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5492                                         anyvalid = 1;
5493                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5494                                 continue;
5495                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5496                             &lock)) {
5497                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5498                                 continue;
5499                         } else
5500                                 ptpaddr = *pde;
5501                 }
5502
5503                 /*
5504                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5505                  * by the current page table page, or to the end of the
5506                  * range being removed.
5507                  */
5508                 if (va_next > eva)
5509                         va_next = eva;
5510
5511                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5512                         anyvalid = 1;
5513         }
5514         if (lock != NULL)
5515                 rw_wunlock(lock);
5516 out:
5517         if (anyvalid)
5518                 pmap_invalidate_all(pmap);
5519         PMAP_UNLOCK(pmap);
5520         pmap_delayed_invl_finish();
5521         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5522 }
5523
5524 /*
5525  *      Routine:        pmap_remove_all
5526  *      Function:
5527  *              Removes this physical page from
5528  *              all physical maps in which it resides.
5529  *              Reflects back modify bits to the pager.
5530  *
5531  *      Notes:
5532  *              Original versions of this routine were very
5533  *              inefficient because they iteratively called
5534  *              pmap_remove (slow...)
5535  */
5536
5537 void
5538 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5539 {
5540         struct md_page *pvh;
5541         pv_entry_t pv;
5542         pmap_t pmap;
5543         struct rwlock *lock;
5544         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5545         pd_entry_t *pde;
5546         vm_offset_t va;
5547         struct spglist free;
5548         int pvh_gen, md_gen;
5549
5550         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5551             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5552         SLIST_INIT(&free);
5553         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5554         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5555             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5556 retry:
5557         rw_wlock(lock);
5558         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5559                 pmap = PV_PMAP(pv);
5560                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5561                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5562                         rw_wunlock(lock);
5563                         PMAP_LOCK(pmap);
5564                         rw_wlock(lock);
5565                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5566                                 rw_wunlock(lock);
5567                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5568                                 goto retry;
5569                         }
5570                 }
5571                 va = pv->pv_va;
5572                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5573                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5574                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5575         }
5576         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5577                 pmap = PV_PMAP(pv);
5578                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5579                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5580                         md_gen = m->md.pv_gen;
5581                         rw_wunlock(lock);
5582                         PMAP_LOCK(pmap);
5583                         rw_wlock(lock);
5584                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5585                                 rw_wunlock(lock);
5586                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5587                                 goto retry;
5588                         }
5589                 }
5590                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5591                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5592                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5593                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5594                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5595                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5596                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5597                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5598                 tpte = pte_load_clear(pte);
5599                 if (tpte & PG_W)
5600                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5601                 if (tpte & PG_A)
5602                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5603
5604                 /*
5605                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5606                  */
5607                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5608                         vm_page_dirty(m);
5609                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5610                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5611                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5612                 m->md.pv_gen++;
5613                 free_pv_entry(pmap, pv);
5614                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5615         }
5616         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5617         rw_wunlock(lock);
5618         pmap_delayed_invl_wait(m);
5619         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5620 }
5621
5622 /*
5623  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5624  */
5625 static boolean_t
5626 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5627 {
5628         pd_entry_t newpde, oldpde;
5629         vm_page_t m, mt;
5630         boolean_t anychanged;
5631         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5632
5633         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5634         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5635         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5636
5637         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5638         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5639             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5640         anychanged = FALSE;
5641 retry:
5642         oldpde = newpde = *pde;
5643         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5644                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5645                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5646                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5647                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5648                                 vm_page_dirty(mt);
5649                 }
5650                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5651         }
5652         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5653                 newpde |= pg_nx;
5654         if (newpde != oldpde) {
5655                 /*
5656                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5657                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5658                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5659                  */
5660                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5661                         goto retry;
5662                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5663                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5664                 else
5665                         anychanged = TRUE;
5666         }
5667         return (anychanged);
5668 }
5669
5670 /*
5671  *      Set the physical protection on the
5672  *      specified range of this map as requested.
5673  */
5674 void
5675 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5676 {
5677         vm_offset_t va_next;
5678         pml4_entry_t *pml4e;
5679         pdp_entry_t *pdpe;
5680         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5681         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5682         boolean_t anychanged;
5683
5684         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5685         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5686                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5687                 return;
5688         }
5689
5690         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5691             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5692                 return;
5693
5694         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5695         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5696         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5697         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5698         anychanged = FALSE;
5699
5700         /*
5701          * Although this function delays and batches the invalidation
5702          * of stale TLB entries, it does not need to call
5703          * pmap_delayed_invl_start() and
5704          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5705          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5706          * protection-only changes need only be invalidated before the
5707          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5708          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5709          * a physical page's PV list of mappings, like
5710          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5711          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5712          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5713          * updates.
5714          *
5715          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5716          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5717          * invalidated.
5718          */
5719         
5720         PMAP_LOCK(pmap);
5721         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5722
5723                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5724                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5725                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5726                         if (va_next < sva)
5727                                 va_next = eva;
5728                         continue;
5729                 }
5730
5731                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5732                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5733                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5734                         if (va_next < sva)
5735                                 va_next = eva;
5736                         continue;
5737                 }
5738
5739                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5740                 if (va_next < sva)
5741                         va_next = eva;
5742
5743                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5744                 ptpaddr = *pde;
5745
5746                 /*
5747                  * Weed out invalid mappings.
5748                  */
5749                 if (ptpaddr == 0)
5750                         continue;
5751
5752                 /*
5753                  * Check for large page.
5754                  */
5755                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5756                         /*
5757                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5758                          * demote the mapping and fall through.
5759                          */
5760                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5761                                 /*
5762                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5763                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5764                                  */
5765                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5766                                         anychanged = TRUE;
5767                                 continue;
5768                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5769                                 /*
5770                                  * The large page mapping was destroyed.
5771                                  */
5772                                 continue;
5773                         }
5774                 }
5775
5776                 if (va_next > eva)
5777                         va_next = eva;
5778
5779                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5780                     sva += PAGE_SIZE) {
5781                         pt_entry_t obits, pbits;
5782                         vm_page_t m;
5783
5784 retry:
5785                         obits = pbits = *pte;
5786                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5787                                 continue;
5788
5789                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5790                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5791                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5792                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5793                                         vm_page_dirty(m);
5794                                 }
5795                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5796                         }
5797                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5798                                 pbits |= pg_nx;
5799
5800                         if (pbits != obits) {
5801                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5802                                         goto retry;
5803                                 if (obits & PG_G)
5804                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5805                                 else
5806                                         anychanged = TRUE;
5807                         }
5808                 }
5809         }
5810         if (anychanged)
5811                 pmap_invalidate_all(pmap);
5812         PMAP_UNLOCK(pmap);
5813 }
5814
5815 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5816 static bool
5817 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5818 {
5819
5820         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5821                 return (false);
5822         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5823 }
5824
5825 /*
5826  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5827  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5828  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5829  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5830  * identical characteristics. 
5831  */
5832 static void
5833 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5834     struct rwlock **lockp)
5835 {
5836         pd_entry_t newpde;
5837         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5838         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5839         vm_page_t mpte;
5840         int PG_PTE_CACHE;
5841
5842         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5843         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5844         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5845         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5846         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5847         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5848         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5849
5850         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5851
5852         /*
5853          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5854          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5855          * within a 2MB page. 
5856          */
5857         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5858 setpde:
5859         newpde = *firstpte;
5860         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5861             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5862             newpde))) {
5863                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5864                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5865                     " in pmap %p", va, pmap);
5866                 return;
5867         }
5868         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5869                 /*
5870                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5871                  * a TLB invalidation.
5872                  */
5873                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5874                         goto setpde;
5875                 newpde &= ~PG_RW;
5876         }
5877
5878         /*
5879          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5880          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5881          * characteristics to the first PTE.
5882          */
5883         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5884         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5885 setpte:
5886                 oldpte = *pte;
5887                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5888                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5889                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5890                             " in pmap %p", va, pmap);
5891                         return;
5892                 }
5893                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5894                         /*
5895                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5896                          * without a TLB invalidation.
5897                          */
5898                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5899                                 goto setpte;
5900                         oldpte &= ~PG_RW;
5901                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5902                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5903                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5904                 }
5905                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5906                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5907                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5908                             " in pmap %p", va, pmap);
5909                         return;
5910                 }
5911                 pa -= PAGE_SIZE;
5912         }
5913
5914         /*
5915          * Save the page table page in its current state until the PDE
5916          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5917          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5918          */
5919         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5920         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5921             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5922             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5923         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5924             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5925         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5926                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5927                 CTR2(KTR_PMAP,
5928                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5929                     pmap);
5930                 return;
5931         }
5932
5933         /*
5934          * Promote the pv entries.
5935          */
5936         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5937                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5938
5939         /*
5940          * Propagate the PAT index to its proper position.
5941          */
5942         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5943
5944         /*
5945          * Map the superpage.
5946          */
5947         if (workaround_erratum383)
5948                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5949         else
5950                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5951
5952         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5953         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5954             " in pmap %p", va, pmap);
5955 }
5956 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5957
5958 /*
5959  *      Insert the given physical page (p) at
5960  *      the specified virtual address (v) in the
5961  *      target physical map with the protection requested.
5962  *
5963  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5964  *      that the related pte can not be reclaimed.
5965  *
5966  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5967  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5968  *      insert this page into the given map NOW.
5969  *
5970  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5971  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5972  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5973  */
5974 int
5975 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5976     u_int flags, int8_t psind)
5977 {
5978         struct rwlock *lock;
5979         pd_entry_t *pde;
5980         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
5981         pt_entry_t newpte, origpte;
5982         pv_entry_t pv;
5983         vm_paddr_t opa, pa;
5984         vm_page_t mpte, om;
5985         int rv;
5986         boolean_t nosleep;
5987
5988         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5989         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5990         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5991         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5992         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5993
5994         va = trunc_page(va);
5995         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
5996         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
5997             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
5998             va));
5999         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6000             va >= kmi.clean_eva,
6001             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6002         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6003                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6004         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6005             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6006         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6007         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6008         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6009                 newpte |= PG_M;
6010         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6011                 newpte |= PG_RW;
6012         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6013             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6014         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6015                 newpte |= pg_nx;
6016         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6017                 newpte |= PG_W;
6018         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6019                 newpte |= PG_U;
6020         if (pmap == kernel_pmap)
6021                 newpte |= PG_G;
6022         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6023
6024         /*
6025          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6026          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6027          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6028          */
6029         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6030                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6031                         newpte |= PG_M;
6032         } else
6033                 newpte |= PG_MANAGED;
6034
6035         lock = NULL;
6036         PMAP_LOCK(pmap);
6037         if (psind == 1) {
6038                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6039                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6040                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6041                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6042                 goto out;
6043         }
6044         mpte = NULL;
6045
6046         /*
6047          * In the case that a page table page is not
6048          * resident, we are creating it here.
6049          */
6050 retry:
6051         pde = pmap_pde(pmap, va);
6052         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6053             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6054                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6055                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6056                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6057                         mpte->ref_count++;
6058                 }
6059         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6060                 /*
6061                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6062                  * deallocated.
6063                  */
6064                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6065                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6066                     nosleep ? NULL : &lock);
6067                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6068                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6069                         goto out;
6070                 }
6071                 goto retry;
6072         } else
6073                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6074
6075         origpte = *pte;
6076         pv = NULL;
6077         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6078                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6079
6080         /*
6081          * Is the specified virtual address already mapped?
6082          */
6083         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6084                 /*
6085                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6086                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6087                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6088                  * the PT page will be also.
6089                  */
6090                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6091                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6092                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6093                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6094
6095                 /*
6096                  * Remove the extra PT page reference.
6097                  */
6098                 if (mpte != NULL) {
6099                         mpte->ref_count--;
6100                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6101                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6102                              " va: 0x%lx", va));
6103                 }
6104
6105                 /*
6106                  * Has the physical page changed?
6107                  */
6108                 opa = origpte & PG_FRAME;
6109                 if (opa == pa) {
6110                         /*
6111                          * No, might be a protection or wiring change.
6112                          */
6113                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6114                             (newpte & PG_RW) != 0)
6115                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6116                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6117                                 goto unchanged;
6118                         goto validate;
6119                 }
6120
6121                 /*
6122                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6123                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6124                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6125                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6126                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6127                  * avoiding an allocation.
6128                  *
6129                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6130                  */
6131                 origpte = pte_load_clear(pte);
6132                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6133                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6134                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6135                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6136
6137                         /*
6138                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6139                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6140                          * pmap_ts_referenced().
6141                          */
6142                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6143                                 vm_page_dirty(om);
6144                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6145                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6146                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6147                         }
6148                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6149                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6150                         KASSERT(pv != NULL,
6151                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6152                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6153                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6154                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6155                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6156                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6157                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6158                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6159                 } else {
6160                         /*
6161                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6162                          * is set.
6163                          */
6164                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6165                 }
6166                 origpte = 0;
6167         } else {
6168                 /*
6169                  * Increment the counters.
6170                  */
6171                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6172                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6173                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6174         }
6175
6176         /*
6177          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6178          */
6179         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6180                 if (pv == NULL) {
6181                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6182                         pv->pv_va = va;
6183                 }
6184                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6185                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6186                 m->md.pv_gen++;
6187                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6188                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6189         }
6190
6191         /*
6192          * Update the PTE.
6193          */
6194         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6195 validate:
6196                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6197                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6198                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6199                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6200                     (PG_M | PG_RW)) {
6201                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6202                                 vm_page_dirty(m);
6203
6204                         /*
6205                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6206                          * invalidation may nonetheless be required because
6207                          * the PTE no longer has PG_M set.
6208                          */
6209                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6210                         /*
6211                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6212                          */
6213                         goto unchanged;
6214                 }
6215                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6216                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6217         } else
6218                 pte_store(pte, newpte);
6219
6220 unchanged:
6221
6222 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6223         /*
6224          * If both the page table page and the reservation are fully
6225          * populated, then attempt promotion.
6226          */
6227         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6228             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6229             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6230             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6231                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6232 #endif
6233
6234         rv = KERN_SUCCESS;
6235 out:
6236         if (lock != NULL)
6237                 rw_wunlock(lock);
6238         PMAP_UNLOCK(pmap);
6239         return (rv);
6240 }
6241
6242 /*
6243  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6244  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6245  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6246  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6247  * PV entry.
6248  */
6249 static bool
6250 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6251     struct rwlock **lockp)
6252 {
6253         pd_entry_t newpde;
6254         pt_entry_t PG_V;
6255
6256         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6257         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6258         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6259             PG_PS | PG_V;
6260         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6261                 newpde |= PG_MANAGED;
6262         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6263                 newpde |= pg_nx;
6264         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6265                 newpde |= PG_U;
6266         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6267             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6268             KERN_SUCCESS);
6269 }
6270
6271 /*
6272  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6273  * zero.
6274  */
6275 static bool
6276 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6277 {
6278         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6279
6280         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6281         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6282         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6283                 if (*pte != 0)
6284                         return (false);
6285         }
6286         return (true);
6287 }
6288
6289 /*
6290  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6291  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6292  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6293  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6294  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6295  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6296  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6297  *
6298  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6299  */
6300 static int
6301 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6302     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6303 {
6304         struct spglist free;
6305         pd_entry_t oldpde, *pde;
6306         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6307         vm_page_t mt, pdpg;
6308
6309         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6310             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6311         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6312         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6313         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6314             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6315         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6316         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6317
6318         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6319             newpde))) {
6320                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6321                     " in pmap %p", va, pmap);
6322                 return (KERN_FAILURE);
6323         }
6324         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6325             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6326                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6327                     " in pmap %p", va, pmap);
6328                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6329         }
6330
6331         /*
6332          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6333          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6334          * it could sleep.
6335          */
6336         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6337                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6338                 return (KERN_FAILURE);
6339         }
6340         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6341                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6342                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6343         }
6344
6345         /*
6346          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6347          */
6348         oldpde = *pde;
6349         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6350                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6351                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6352                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6353                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6354                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6355                         if (pdpg != NULL)
6356                                 pdpg->ref_count--;
6357                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6358                             " in pmap %p", va, pmap);
6359                         return (KERN_FAILURE);
6360                 }
6361                 /* Break the existing mapping(s). */
6362                 SLIST_INIT(&free);
6363                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6364                         /*
6365                          * The reference to the PD page that was acquired by
6366                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6367                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6368                          * a reserved PT page could be freed.
6369                          */
6370                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6371                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6372                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6373                 } else {
6374                         pmap_delayed_invl_start();
6375                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6376                             lockp))
6377                                pmap_invalidate_all(pmap);
6378                         pmap_delayed_invl_finish();
6379                 }
6380                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6381                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6382                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6383                             pde));
6384                 } else {
6385                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6386                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6387
6388                         /*
6389                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6390                          * leave the kernel page table page zero filled.
6391                          */
6392                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6393                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6394                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6395                 }
6396         }
6397
6398         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6399                 /*
6400                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6401                  */
6402                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6403                         if (pdpg != NULL)
6404                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6405                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6406                             " in pmap %p", va, pmap);
6407                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6408                 }
6409                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6410                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6411                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6412                 }
6413         }
6414
6415         /*
6416          * Increment counters.
6417          */
6418         if ((newpde & PG_W) != 0)
6419                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6420         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6421
6422         /*
6423          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6424          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6425          */
6426         pde_store(pde, newpde);
6427
6428         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6429         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6430             va, pmap);
6431         return (KERN_SUCCESS);
6432 }
6433
6434 /*
6435  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6436  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6437  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6438  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6439  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6440  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6441  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6442  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6443  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6444  * corresponding offset from m_start are mapped.
6445  */
6446 void
6447 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6448     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6449 {
6450         struct rwlock *lock;
6451         vm_offset_t va;
6452         vm_page_t m, mpte;
6453         vm_pindex_t diff, psize;
6454
6455         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6456
6457         psize = atop(end - start);
6458         mpte = NULL;
6459         m = m_start;
6460         lock = NULL;
6461         PMAP_LOCK(pmap);
6462         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6463                 va = start + ptoa(diff);
6464                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6465                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6466                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6467                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6468                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6469                 else
6470                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6471                             mpte, &lock);
6472                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6473         }
6474         if (lock != NULL)
6475                 rw_wunlock(lock);
6476         PMAP_UNLOCK(pmap);
6477 }
6478
6479 /*
6480  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6481  * 1. Current pmap & pmap exists.
6482  * 2. Not wired.
6483  * 3. Read access.
6484  * 4. No page table pages.
6485  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6486  */
6487
6488 void
6489 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6490 {
6491         struct rwlock *lock;
6492
6493         lock = NULL;
6494         PMAP_LOCK(pmap);
6495         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6496         if (lock != NULL)
6497                 rw_wunlock(lock);
6498         PMAP_UNLOCK(pmap);
6499 }
6500
6501 static vm_page_t
6502 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6503     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6504 {
6505         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6506
6507         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6508             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6509             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6510         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6511         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6512
6513         /*
6514          * In the case that a page table page is not
6515          * resident, we are creating it here.
6516          */
6517         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6518                 vm_pindex_t ptepindex;
6519                 pd_entry_t *ptepa;
6520
6521                 /*
6522                  * Calculate pagetable page index
6523                  */
6524                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6525                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6526                         mpte->ref_count++;
6527                 } else {
6528                         /*
6529                          * Get the page directory entry
6530                          */
6531                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6532
6533                         /*
6534                          * If the page table page is mapped, we just increment
6535                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6536                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6537                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6538                          */
6539                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6540                                 if (*ptepa & PG_PS)
6541                                         return (NULL);
6542                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6543                                 mpte->ref_count++;
6544                         } else {
6545                                 /*
6546                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6547                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6548                                  */
6549                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6550                                 if (mpte == NULL)
6551                                         return (mpte);
6552                         }
6553                 }
6554                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6555                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6556         } else {
6557                 mpte = NULL;
6558                 pte = vtopte(va);
6559         }
6560         if (*pte) {
6561                 if (mpte != NULL)
6562                         mpte->ref_count--;
6563                 return (NULL);
6564         }
6565
6566         /*
6567          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6568          */
6569         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6570             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6571                 if (mpte != NULL)
6572                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
6573                 return (NULL);
6574         }
6575
6576         /*
6577          * Increment counters
6578          */
6579         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6580
6581         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6582             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6583         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6584                 newpte |= PG_MANAGED;
6585         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6586                 newpte |= pg_nx;
6587         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6588                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6589         pte_store(pte, newpte);
6590         return (mpte);
6591 }
6592
6593 /*
6594  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6595  * to be used for panic dumps.
6596  */
6597 void *
6598 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6599 {
6600         vm_offset_t va;
6601
6602         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6603         pmap_kenter(va, pa);
6604         invlpg(va);
6605         return ((void *)crashdumpmap);
6606 }
6607
6608 /*
6609  * This code maps large physical mmap regions into the
6610  * processor address space.  Note that some shortcuts
6611  * are taken, but the code works.
6612  */
6613 void
6614 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6615     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6616 {
6617         pd_entry_t *pde;
6618         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6619         vm_paddr_t pa, ptepa;
6620         vm_page_t p, pdpg;
6621         int pat_mode;
6622
6623         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6624         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6625         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6626         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6627
6628         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6629         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6630             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6631         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6632                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6633                         return;
6634                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6635                         return;
6636                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6637                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6638                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6639                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6640
6641                 /*
6642                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6643                  * aligned to a 2MB page boundary.
6644                  */
6645                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6646                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6647                         return;
6648
6649                 /*
6650                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6651                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6652                  * memory attributes.
6653                  */
6654                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6655                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6656                     pa += PAGE_SIZE) {
6657                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6658                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6659                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6660                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6661                                 return;
6662                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6663                 }
6664
6665                 /*
6666                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6667                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6668                  * will not affect the termination of this loop.
6669                  */ 
6670                 PMAP_LOCK(pmap);
6671                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6672                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6673                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
6674                         if (pde == NULL) {
6675                                 /*
6676                                  * The creation of mappings below is only an
6677                                  * optimization.  If a page directory page
6678                                  * cannot be allocated without blocking,
6679                                  * continue on to the next mapping rather than
6680                                  * blocking.
6681                                  */
6682                                 addr += NBPDR;
6683                                 continue;
6684                         }
6685                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6686                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6687                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6688                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6689                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6690                         } else {
6691                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6692                                 pdpg->ref_count--;
6693                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6694                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6695                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6696                         }
6697                         addr += NBPDR;
6698                 }
6699                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6700         }
6701 }
6702
6703 /*
6704  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6705  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6706  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6707  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6708  *
6709  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6710  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6711  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6712  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6713  *      function are not needed.
6714  */
6715 void
6716 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6717 {
6718         vm_offset_t va_next;
6719         pml4_entry_t *pml4e;
6720         pdp_entry_t *pdpe;
6721         pd_entry_t *pde;
6722         pt_entry_t *pte, PG_V;
6723
6724         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6725         PMAP_LOCK(pmap);
6726         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6727                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6728                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6729                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6730                         if (va_next < sva)
6731                                 va_next = eva;
6732                         continue;
6733                 }
6734                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6735                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6736                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6737                         if (va_next < sva)
6738                                 va_next = eva;
6739                         continue;
6740                 }
6741                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6742                 if (va_next < sva)
6743                         va_next = eva;
6744                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6745                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6746                         continue;
6747                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6748                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6749                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6750                                     (uintmax_t)*pde);
6751
6752                         /*
6753                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6754                          * demote the mapping and fall through.
6755                          */
6756                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6757                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6758                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6759                                     PAGE_SIZE;
6760                                 continue;
6761                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6762                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6763                 }
6764                 if (va_next > eva)
6765                         va_next = eva;
6766                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6767                     sva += PAGE_SIZE) {
6768                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6769                                 continue;
6770                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6771                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6772                                     (uintmax_t)*pte);
6773
6774                         /*
6775                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6776                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6777                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6778                          */
6779                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6780                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6781                 }
6782         }
6783         PMAP_UNLOCK(pmap);
6784 }
6785
6786 /*
6787  *      Copy the range specified by src_addr/len
6788  *      from the source map to the range dst_addr/len
6789  *      in the destination map.
6790  *
6791  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6792  */
6793 void
6794 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6795     vm_offset_t src_addr)
6796 {
6797         struct rwlock *lock;
6798         pml4_entry_t *pml4e;
6799         pdp_entry_t *pdpe;
6800         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6801         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6802         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6803         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6804
6805         if (dst_addr != src_addr)
6806                 return;
6807
6808         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6809                 return;
6810
6811         /*
6812          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6813          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6814          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6815          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6816          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6817          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6818          */
6819         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6820                 return;
6821
6822         end_addr = src_addr + len;
6823         lock = NULL;
6824         if (dst_pmap < src_pmap) {
6825                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6826                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6827         } else {
6828                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6829                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6830         }
6831
6832         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6833         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6834         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6835
6836         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6837                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6838                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6839
6840                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6841                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6842                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6843                         if (va_next < addr)
6844                                 va_next = end_addr;
6845                         continue;
6846                 }
6847
6848                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6849                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6850                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6851                         if (va_next < addr)
6852                                 va_next = end_addr;
6853                         continue;
6854                 }
6855
6856                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6857                 if (va_next < addr)
6858                         va_next = end_addr;
6859
6860                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6861                 srcptepaddr = *pde;
6862                 if (srcptepaddr == 0)
6863                         continue;
6864                         
6865                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6866                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6867                                 continue;
6868                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
6869                         if (pde == NULL)
6870                                 break;
6871                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6872                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6873                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6874                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6875                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6876                                     PAGE_SIZE);
6877                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6878                         } else
6879                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
6880                         continue;
6881                 }
6882
6883                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6884                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6885                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6886                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6887
6888                 if (va_next > end_addr)
6889                         va_next = end_addr;
6890
6891                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6892                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6893                 dstmpte = NULL;
6894                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6895                         ptetemp = *src_pte;
6896
6897                         /*
6898                          * We only virtual copy managed pages.
6899                          */
6900                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6901                                 continue;
6902
6903                         if (dstmpte != NULL) {
6904                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6905                                     pmap_pde_pindex(addr),
6906                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6907                                 dstmpte->ref_count++;
6908                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6909                             NULL)) == NULL)
6910                                 goto out;
6911                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6912                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6913                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6914                         if (*dst_pte == 0 &&
6915                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6916                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6917                                 /*
6918                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6919                                  * (referenced) bits during the copy.
6920                                  */
6921                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6922                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6923                         } else {
6924                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
6925                                 goto out;
6926                         }
6927                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6928                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6929                                 break;
6930                 }
6931         }
6932 out:
6933         if (lock != NULL)
6934                 rw_wunlock(lock);
6935         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6936         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6937 }
6938
6939 int
6940 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6941 {
6942         int error;
6943
6944         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6945             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6946             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6947                 return (0);
6948         for (;;) {
6949                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6950                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6951                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6952                 } else {
6953                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6954                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6955                 }
6956                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6957                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6958                 if (error == ENOMEM)
6959                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6960                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6961                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6962                 if (error != ENOMEM)
6963                         break;
6964                 vm_wait(NULL);
6965         }
6966         return (error);
6967 }
6968
6969 /*
6970  * Zero the specified hardware page.
6971  */
6972 void
6973 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6974 {
6975         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6976
6977         pagezero((void *)va);
6978 }
6979
6980 /*
6981  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
6982  * cover an area beyond a single hardware page.
6983  */
6984 void
6985 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
6986 {
6987         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6988
6989         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
6990                 pagezero((void *)va);
6991         else
6992                 bzero((char *)va + off, size);
6993 }
6994
6995 /*
6996  * Copy 1 specified hardware page to another.
6997  */
6998 void
6999 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7000 {
7001         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7002         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7003
7004         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7005 }
7006
7007 int unmapped_buf_allowed = 1;
7008
7009 void
7010 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7011     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7012 {
7013         void *a_cp, *b_cp;
7014         vm_page_t pages[2];
7015         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7016         int cnt;
7017         boolean_t mapped;
7018
7019         while (xfersize > 0) {
7020                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7021                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7022                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7023                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7024                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7025                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7026                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7027                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7028                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7029                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7030                 if (__predict_false(mapped))
7031                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7032                 a_offset += cnt;
7033                 b_offset += cnt;
7034                 xfersize -= cnt;
7035         }
7036 }
7037
7038 /*
7039  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7040  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7041  * be changed upwards or downwards in the future; it
7042  * is only necessary that true be returned for a small
7043  * subset of pmaps for proper page aging.
7044  */
7045 boolean_t
7046 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7047 {
7048         struct md_page *pvh;
7049         struct rwlock *lock;
7050         pv_entry_t pv;
7051         int loops = 0;
7052         boolean_t rv;
7053
7054         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7055             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7056         rv = FALSE;
7057         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7058         rw_rlock(lock);
7059         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7060                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7061                         rv = TRUE;
7062                         break;
7063                 }
7064                 loops++;
7065                 if (loops >= 16)
7066                         break;
7067         }
7068         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7069                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7070                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7071                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7072                                 rv = TRUE;
7073                                 break;
7074                         }
7075                         loops++;
7076                         if (loops >= 16)
7077                                 break;
7078                 }
7079         }
7080         rw_runlock(lock);
7081         return (rv);
7082 }
7083
7084 /*
7085  *      pmap_page_wired_mappings:
7086  *
7087  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7088  *      that are wired.
7089  */
7090 int
7091 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7092 {
7093         struct rwlock *lock;
7094         struct md_page *pvh;
7095         pmap_t pmap;
7096         pt_entry_t *pte;
7097         pv_entry_t pv;
7098         int count, md_gen, pvh_gen;
7099
7100         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7101                 return (0);
7102         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7103         rw_rlock(lock);
7104 restart:
7105         count = 0;
7106         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7107                 pmap = PV_PMAP(pv);
7108                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7109                         md_gen = m->md.pv_gen;
7110                         rw_runlock(lock);
7111                         PMAP_LOCK(pmap);
7112                         rw_rlock(lock);
7113                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7114                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7115                                 goto restart;
7116                         }
7117                 }
7118                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7119                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7120                         count++;
7121                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7122         }
7123         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7124                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7125                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7126                         pmap = PV_PMAP(pv);
7127                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7128                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7129                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7130                                 rw_runlock(lock);
7131                                 PMAP_LOCK(pmap);
7132                                 rw_rlock(lock);
7133                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7134                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7135                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7136                                         goto restart;
7137                                 }
7138                         }
7139                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7140                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7141                                 count++;
7142                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7143                 }
7144         }
7145         rw_runlock(lock);
7146         return (count);
7147 }
7148
7149 /*
7150  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7151  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7152  */
7153 boolean_t
7154 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7155 {
7156         struct rwlock *lock;
7157         boolean_t rv;
7158
7159         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7160                 return (FALSE);
7161         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7162         rw_rlock(lock);
7163         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7164             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7165             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7166         rw_runlock(lock);
7167         return (rv);
7168 }
7169
7170 /*
7171  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7172  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7173  * caller.
7174  *
7175  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7176  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7177  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7178  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7179  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7180  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7181  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7182  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7183  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7184  * this function starts.
7185  *
7186  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7187  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7188  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7189  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7190  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7191  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7192  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7193  * that eventual TLB invalidation.
7194  */
7195 void
7196 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7197 {
7198         pd_entry_t ptepde;
7199         pt_entry_t *pte, tpte;
7200         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7201         struct spglist free;
7202         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7203         vm_page_t m, mpte, mt;
7204         pv_entry_t pv;
7205         struct md_page *pvh;
7206         struct pv_chunk *pc, *npc;
7207         struct rwlock *lock;
7208         int64_t bit;
7209         uint64_t inuse, bitmask;
7210         int allfree, field, freed, i, idx;
7211         boolean_t superpage;
7212         vm_paddr_t pa;
7213
7214         /*
7215          * Assert that the given pmap is only active on the current
7216          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7217          * activating the pmap while this function is executing.
7218          */
7219         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7220 #ifdef INVARIANTS
7221         {
7222                 cpuset_t other_cpus;
7223
7224                 other_cpus = all_cpus;
7225                 critical_enter();
7226                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7227                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7228                 critical_exit();
7229                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7230         }
7231 #endif
7232
7233         lock = NULL;
7234         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7235         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7236         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7237
7238         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7239                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7240         SLIST_INIT(&free);
7241         PMAP_LOCK(pmap);
7242         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7243                 allfree = 1;
7244                 freed = 0;
7245                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7246                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7247                         while (inuse != 0) {
7248                                 bit = bsfq(inuse);
7249                                 bitmask = 1UL << bit;
7250                                 idx = field * 64 + bit;
7251                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7252                                 inuse &= ~bitmask;
7253
7254                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7255                                 ptepde = *pte;
7256                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7257                                 tpte = *pte;
7258                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7259                                         superpage = FALSE;
7260                                         ptepde = tpte;
7261                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7262                                             PG_FRAME);
7263                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7264                                         tpte = *pte;
7265                                 } else {
7266                                         /*
7267                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7268                                          * superpage explicitly instead of
7269                                          * relying on PG_PS being set.
7270                                          *
7271                                          * This is because PG_PS is numerically
7272                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7273                                          * regular page could be mistaken for
7274                                          * a superpage.
7275                                          */
7276                                         superpage = TRUE;
7277                                 }
7278
7279                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7280                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7281                                             pv->pv_va, tpte);
7282                                 }
7283
7284 /*
7285  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7286  */
7287                                 if (tpte & PG_W) {
7288                                         allfree = 0;
7289                                         continue;
7290                                 }
7291
7292                                 if (superpage)
7293                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7294                                 else
7295                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7296
7297                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7298                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7299                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7300                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7301                                     (uintmax_t)tpte));
7302
7303                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7304                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7305                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7306                                     (uintmax_t)tpte));
7307
7308                                 pte_clear(pte);
7309
7310                                 /*
7311                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7312                                  */
7313                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7314                                         if (superpage) {
7315                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7316                                                         vm_page_dirty(mt);
7317                                         } else
7318                                                 vm_page_dirty(m);
7319                                 }
7320
7321                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7322
7323                                 /* Mark free */
7324                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7325                                 if (superpage) {
7326                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7327                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7328                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7329                                         pvh->pv_gen++;
7330                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7331                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7332                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7333                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7334                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7335                                         }
7336                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7337                                         if (mpte != NULL) {
7338                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7339                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7340                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7341                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7342                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7343                                                 mpte->ref_count = 0;
7344                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7345                                         }
7346                                 } else {
7347                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7348                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7349                                         m->md.pv_gen++;
7350                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7351                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7352                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7353                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7354                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7355                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7356                                         }
7357                                 }
7358                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7359                                 freed++;
7360                         }
7361                 }
7362                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7363                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7364                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7365                 if (allfree) {
7366                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7367                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7368                 }
7369         }
7370         if (lock != NULL)
7371                 rw_wunlock(lock);
7372         pmap_invalidate_all(pmap);
7373         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7374         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7375         PMAP_UNLOCK(pmap);
7376         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7377 }
7378
7379 static boolean_t
7380 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7381 {
7382         struct rwlock *lock;
7383         pv_entry_t pv;
7384         struct md_page *pvh;
7385         pt_entry_t *pte, mask;
7386         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7387         pmap_t pmap;
7388         int md_gen, pvh_gen;
7389         boolean_t rv;
7390
7391         rv = FALSE;
7392         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7393         rw_rlock(lock);
7394 restart:
7395         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7396                 pmap = PV_PMAP(pv);
7397                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7398                         md_gen = m->md.pv_gen;
7399                         rw_runlock(lock);
7400                         PMAP_LOCK(pmap);
7401                         rw_rlock(lock);
7402                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7403                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7404                                 goto restart;
7405                         }
7406                 }
7407                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7408                 mask = 0;
7409                 if (modified) {
7410                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7411                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7412                         mask |= PG_RW | PG_M;
7413                 }
7414                 if (accessed) {
7415                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7416                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7417                         mask |= PG_V | PG_A;
7418                 }
7419                 rv = (*pte & mask) == mask;
7420                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7421                 if (rv)
7422                         goto out;
7423         }
7424         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7425                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7426                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7427                         pmap = PV_PMAP(pv);
7428                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7429                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7430                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7431                                 rw_runlock(lock);
7432                                 PMAP_LOCK(pmap);
7433                                 rw_rlock(lock);
7434                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7435                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7436                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7437                                         goto restart;
7438                                 }
7439                         }
7440                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7441                         mask = 0;
7442                         if (modified) {
7443                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7444                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7445                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7446                         }
7447                         if (accessed) {
7448                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7449                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7450                                 mask |= PG_V | PG_A;
7451                         }
7452                         rv = (*pte & mask) == mask;
7453                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7454                         if (rv)
7455                                 goto out;
7456                 }
7457         }
7458 out:
7459         rw_runlock(lock);
7460         return (rv);
7461 }
7462
7463 /*
7464  *      pmap_is_modified:
7465  *
7466  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7467  *      in any physical maps.
7468  */
7469 boolean_t
7470 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7471 {
7472
7473         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7474             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7475
7476         /*
7477          * If the page is not busied then this check is racy.
7478          */
7479         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7480                 return (FALSE);
7481         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7482 }
7483
7484 /*
7485  *      pmap_is_prefaultable:
7486  *
7487  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7488  *      for prefault.
7489  */
7490 boolean_t
7491 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7492 {
7493         pd_entry_t *pde;
7494         pt_entry_t *pte, PG_V;
7495         boolean_t rv;
7496
7497         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7498         rv = FALSE;
7499         PMAP_LOCK(pmap);
7500         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7501         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7502                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7503                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7504         }
7505         PMAP_UNLOCK(pmap);
7506         return (rv);
7507 }
7508
7509 /*
7510  *      pmap_is_referenced:
7511  *
7512  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7513  *      in any physical maps.
7514  */
7515 boolean_t
7516 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7517 {
7518
7519         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7520             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7521         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7522 }
7523
7524 /*
7525  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7526  */
7527 void
7528 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7529 {
7530         struct md_page *pvh;
7531         pmap_t pmap;
7532         struct rwlock *lock;
7533         pv_entry_t next_pv, pv;
7534         pd_entry_t *pde;
7535         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7536         vm_offset_t va;
7537         int pvh_gen, md_gen;
7538
7539         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7540             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7541
7542         vm_page_assert_busied(m);
7543         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7544                 return;
7545
7546         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7547         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7548             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7549 retry_pv_loop:
7550         rw_wlock(lock);
7551         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7552                 pmap = PV_PMAP(pv);
7553                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7554                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7555                         rw_wunlock(lock);
7556                         PMAP_LOCK(pmap);
7557                         rw_wlock(lock);
7558                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7559                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7560                                 rw_wunlock(lock);
7561                                 goto retry_pv_loop;
7562                         }
7563                 }
7564                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7565                 va = pv->pv_va;
7566                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7567                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7568                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7569                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7570                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7571                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7572                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7573         }
7574         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7575                 pmap = PV_PMAP(pv);
7576                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7577                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7578                         md_gen = m->md.pv_gen;
7579                         rw_wunlock(lock);
7580                         PMAP_LOCK(pmap);
7581                         rw_wlock(lock);
7582                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7583                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7584                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7585                                 rw_wunlock(lock);
7586                                 goto retry_pv_loop;
7587                         }
7588                 }
7589                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7590                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7591                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7592                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7593                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7594                     m));
7595                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7596 retry:
7597                 oldpte = *pte;
7598                 if (oldpte & PG_RW) {
7599                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7600                             ~(PG_RW | PG_M)))
7601                                 goto retry;
7602                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7603                                 vm_page_dirty(m);
7604                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7605                 }
7606                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7607         }
7608         rw_wunlock(lock);
7609         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7610         pmap_delayed_invl_wait(m);
7611 }
7612
7613 static __inline boolean_t
7614 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7615 {
7616
7617         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7618                 return (TRUE);
7619
7620         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7621
7622         /*
7623          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7624          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7625          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7626          */
7627         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7628                 return (FALSE);
7629
7630         /*
7631          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7632          */
7633         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7634             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7635                 return (TRUE);
7636         else
7637                 return (FALSE);
7638 }
7639
7640 /*
7641  *      pmap_ts_referenced:
7642  *
7643  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7644  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7645  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7646  *      reference bits set.
7647  *
7648  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7649  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7650  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7651  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7652  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7653  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7654  *      to pmap_is_modified().
7655  *
7656  *      A DI block is not needed within this function, because
7657  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7658  *      released.
7659  */
7660 int
7661 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7662 {
7663         struct md_page *pvh;
7664         pv_entry_t pv, pvf;
7665         pmap_t pmap;
7666         struct rwlock *lock;
7667         pd_entry_t oldpde, *pde;
7668         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7669         vm_offset_t va;
7670         vm_paddr_t pa;
7671         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7672         struct spglist free;
7673         boolean_t demoted;
7674
7675         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7676             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7677         SLIST_INIT(&free);
7678         cleared = 0;
7679         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7680         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7681         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7682         rw_wlock(lock);
7683 retry:
7684         not_cleared = 0;
7685         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7686                 goto small_mappings;
7687         pv = pvf;
7688         do {
7689                 if (pvf == NULL)
7690                         pvf = pv;
7691                 pmap = PV_PMAP(pv);
7692                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7693                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7694                         rw_wunlock(lock);
7695                         PMAP_LOCK(pmap);
7696                         rw_wlock(lock);
7697                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7698                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7699                                 goto retry;
7700                         }
7701                 }
7702                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7703                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7704                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7705                 va = pv->pv_va;
7706                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7707                 oldpde = *pde;
7708                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7709                         /*
7710                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7711                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7712                          * we only update the 4KB page under test.
7713                          */
7714                         vm_page_dirty(m);
7715                 }
7716                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7717                         /*
7718                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7719                          * pages, it should not be cleared every time it is
7720                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7721                          * physical page number, the virtual superpage number,
7722                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7723                          * the 512 on which testing the reference bit will
7724                          * result in clearing that reference bit.  This
7725                          * function is designed to avoid the selection of the
7726                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7727                          *
7728                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7729                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7730                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7731                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7732                          * since the superpage is wired, the current state of
7733                          * its reference bit won't affect page replacement.
7734                          */
7735                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7736                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7737                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7738                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7739                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7740                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7741                                         demoted = FALSE;
7742                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7743                                     pv->pv_va, &lock)) {
7744                                         /*
7745                                          * Remove the mapping to a single page
7746                                          * so that a subsequent access may
7747                                          * repromote.  Since the underlying
7748                                          * page table page is fully populated,
7749                                          * this removal never frees a page
7750                                          * table page.
7751                                          */
7752                                         demoted = TRUE;
7753                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7754                                             PG_PS_FRAME);
7755                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7756                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7757                                             NULL, &lock);
7758                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7759                                 } else
7760                                         demoted = TRUE;
7761
7762                                 if (demoted) {
7763                                         /*
7764                                          * The superpage mapping was removed
7765                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7766                                          * longer valid.
7767                                          */
7768                                         if (pvf == pv)
7769                                                 pvf = NULL;
7770                                         pv = NULL;
7771                                 }
7772                                 cleared++;
7773                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7774                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7775                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7776                         } else
7777                                 not_cleared++;
7778                 }
7779                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7780                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7781                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7782                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7783                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7784                         pvh->pv_gen++;
7785                 }
7786                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7787                         goto out;
7788         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7789 small_mappings:
7790         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7791                 goto out;
7792         pv = pvf;
7793         do {
7794                 if (pvf == NULL)
7795                         pvf = pv;
7796                 pmap = PV_PMAP(pv);
7797                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7798                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7799                         md_gen = m->md.pv_gen;
7800                         rw_wunlock(lock);
7801                         PMAP_LOCK(pmap);
7802                         rw_wlock(lock);
7803                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7804                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7805                                 goto retry;
7806                         }
7807                 }
7808                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7809                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7810                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7811                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7812                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7813                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7814                     m));
7815                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7816                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7817                         vm_page_dirty(m);
7818                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7819                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7820                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7821                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7822                                 cleared++;
7823                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7824                                 /*
7825                                  * Wired pages cannot be paged out so
7826                                  * doing accessed bit emulation for
7827                                  * them is wasted effort. We do the
7828                                  * hard work for unwired pages only.
7829                                  */
7830                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7831                                     *pde, &free, &lock);
7832                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7833                                 cleared++;
7834                                 if (pvf == pv)
7835                                         pvf = NULL;
7836                                 pv = NULL;
7837                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7838                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7839                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7840                         } else
7841                                 not_cleared++;
7842                 }
7843                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7844                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7845                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7846                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7847                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7848                         m->md.pv_gen++;
7849                 }
7850         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7851             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7852 out:
7853         rw_wunlock(lock);
7854         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7855         return (cleared + not_cleared);
7856 }
7857
7858 /*
7859  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7860  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7861  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7862  */
7863 void
7864 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7865 {
7866         struct rwlock *lock;
7867         pml4_entry_t *pml4e;
7868         pdp_entry_t *pdpe;
7869         pd_entry_t oldpde, *pde;
7870         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7871         vm_offset_t va, va_next;
7872         vm_page_t m;
7873         bool anychanged;
7874
7875         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7876                 return;
7877
7878         /*
7879          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7880          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7881          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7882          * A/D bit emulation.
7883          */
7884         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7885                 return;
7886
7887         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7888         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7889         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7890         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7891         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7892         anychanged = false;
7893         pmap_delayed_invl_start();
7894         PMAP_LOCK(pmap);
7895         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7896                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7897                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7898                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7899                         if (va_next < sva)
7900                                 va_next = eva;
7901                         continue;
7902                 }
7903                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7904                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7905                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7906                         if (va_next < sva)
7907                                 va_next = eva;
7908                         continue;
7909                 }
7910                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7911                 if (va_next < sva)
7912                         va_next = eva;
7913                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7914                 oldpde = *pde;
7915                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7916                         continue;
7917                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7918                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7919                                 continue;
7920                         lock = NULL;
7921                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7922                                 if (lock != NULL)
7923                                         rw_wunlock(lock);
7924
7925                                 /*
7926                                  * The large page mapping was destroyed.
7927                                  */
7928                                 continue;
7929                         }
7930
7931                         /*
7932                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7933                          * mapping to a single page so that a subsequent
7934                          * access may repromote.  Choosing the last page
7935                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7936                          * generally results in more repromotions.  Since the
7937                          * underlying page table page is fully populated, this
7938                          * removal never frees a page table page.
7939                          */
7940                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7941                                 va = eva;
7942                                 if (va > va_next)
7943                                         va = va_next;
7944                                 va -= PAGE_SIZE;
7945                                 KASSERT(va >= sva,
7946                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7947                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7948                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7949                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7950                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7951                                     &lock);
7952                                 anychanged = true;
7953                         }
7954                         if (lock != NULL)
7955                                 rw_wunlock(lock);
7956                 }
7957                 if (va_next > eva)
7958                         va_next = eva;
7959                 va = va_next;
7960                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7961                     sva += PAGE_SIZE) {
7962                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7963                                 goto maybe_invlrng;
7964                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7965                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7966                                         /*
7967                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7968                                          * can be avoided by making the page
7969                                          * dirty now.
7970                                          */
7971                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7972                                         vm_page_dirty(m);
7973                                 }
7974                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7975                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7976                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7977                         else
7978                                 goto maybe_invlrng;
7979
7980                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
7981                                 if (va == va_next)
7982                                         va = sva;
7983                         } else
7984                                 anychanged = true;
7985                         continue;
7986 maybe_invlrng:
7987                         if (va != va_next) {
7988                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7989                                 va = va_next;
7990                         }
7991                 }
7992                 if (va != va_next)
7993                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
7994         }
7995         if (anychanged)
7996                 pmap_invalidate_all(pmap);
7997         PMAP_UNLOCK(pmap);
7998         pmap_delayed_invl_finish();
7999 }
8000
8001 /*
8002  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8003  */
8004 void
8005 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8006 {
8007         struct md_page *pvh;
8008         pmap_t pmap;
8009         pv_entry_t next_pv, pv;
8010         pd_entry_t oldpde, *pde;
8011         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8012         struct rwlock *lock;
8013         vm_offset_t va;
8014         int md_gen, pvh_gen;
8015
8016         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8017             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8018         vm_page_assert_busied(m);
8019
8020         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8021                 return;
8022         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8023             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8024         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8025         rw_wlock(lock);
8026 restart:
8027         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8028                 pmap = PV_PMAP(pv);
8029                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8030                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8031                         rw_wunlock(lock);
8032                         PMAP_LOCK(pmap);
8033                         rw_wlock(lock);
8034                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8035                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8036                                 goto restart;
8037                         }
8038                 }
8039                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8040                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8041                 va = pv->pv_va;
8042                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8043                 oldpde = *pde;
8044                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8045                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8046                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8047                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8048                         /*
8049                          * Write protect the mapping to a single page so that
8050                          * a subsequent write access may repromote.
8051                          */
8052                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8053                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8054                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8055                         vm_page_dirty(m);
8056                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8057                 }
8058                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8059         }
8060         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8061                 pmap = PV_PMAP(pv);
8062                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8063                         md_gen = m->md.pv_gen;
8064                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8065                         rw_wunlock(lock);
8066                         PMAP_LOCK(pmap);
8067                         rw_wlock(lock);
8068                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8069                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8070                                 goto restart;
8071                         }
8072                 }
8073                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8074                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8075                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8076                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8077                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8078                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8079                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8080                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8081                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8082                 }
8083                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8084         }
8085         rw_wunlock(lock);
8086 }
8087
8088 /*
8089  * Miscellaneous support routines follow
8090  */
8091
8092 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8093 static __inline void
8094 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8095 {
8096         u_long opte, npte;
8097
8098         opte = *(u_long *)pte;
8099         do {
8100                 npte = opte & ~mask;
8101                 npte |= bits;
8102         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8103             npte));
8104 }
8105
8106 /*
8107  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8108  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8109  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8110  * NOT real memory.
8111  */
8112 static void *
8113 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8114 {
8115         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8116         vm_offset_t va, offset;
8117         vm_size_t tmpsize;
8118         int i;
8119
8120         offset = pa & PAGE_MASK;
8121         size = round_page(offset + size);
8122         pa = trunc_page(pa);
8123
8124         if (!pmap_initialized) {
8125                 va = 0;
8126                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8127                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8128                         if (ppim->va == 0) {
8129                                 ppim->pa = pa;
8130                                 ppim->sz = size;
8131                                 ppim->mode = mode;
8132                                 ppim->va = virtual_avail;
8133                                 virtual_avail += size;
8134                                 va = ppim->va;
8135                                 break;
8136                         }
8137                 }
8138                 if (va == 0)
8139                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8140         } else {
8141                 /*
8142                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8143                  */
8144                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8145                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8146                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8147                             (ppim->mode == mode ||
8148                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8149                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8150                 }
8151                 /*
8152                  * If the specified range of physical addresses fits within
8153                  * the direct map window, use the direct map.
8154                  */
8155                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8156                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8157                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8158                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8159                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8160                                     PROT_NONE, mode, flags);
8161                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8162                         } else
8163                                 i = 0;
8164                         if (!i)
8165                                 return ((void *)(va + offset));
8166                 }
8167                 va = kva_alloc(size);
8168                 if (va == 0)
8169                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8170         }
8171         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8172                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8173         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8174         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8175                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8176         return ((void *)(va + offset));
8177 }
8178
8179 void *
8180 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8181 {
8182
8183         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8184             MAPDEV_SETATTR));
8185 }
8186
8187 void *
8188 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8189 {
8190
8191         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8192 }
8193
8194 void *
8195 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8196 {
8197
8198         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8199             MAPDEV_SETATTR));
8200 }
8201
8202 void *
8203 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8204 {
8205
8206         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8207             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8208 }
8209
8210 void
8211 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8212 {
8213         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8214         vm_offset_t offset;
8215         int i;
8216
8217         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8218         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8219                 return;
8220         offset = va & PAGE_MASK;
8221         size = round_page(offset + size);
8222         va = trunc_page(va);
8223         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8224                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8225                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8226                         if (pmap_initialized)
8227                                 return;
8228                         ppim->pa = 0;
8229                         ppim->va = 0;
8230                         ppim->sz = 0;
8231                         ppim->mode = 0;
8232                         if (va + size == virtual_avail)
8233                                 virtual_avail = va;
8234                         return;
8235                 }
8236         }
8237         if (pmap_initialized)
8238                 kva_free(va, size);
8239 }
8240
8241 /*
8242  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8243  */
8244 static boolean_t
8245 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8246 {
8247         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8248         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8249         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8250         vm_paddr_t pdpgpa;
8251         vm_page_t pdpg;
8252
8253         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8254         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8255         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8256         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8257
8258         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8259         oldpdpe = *pdpe;
8260         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8261             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8262         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8263             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8264                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8265                     " in pmap %p", va, pmap);
8266                 return (FALSE);
8267         }
8268         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8269         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8270         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8271         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8272             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8273         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8274             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8275         newpde = oldpdpe;
8276
8277         /*
8278          * Initialize the page directory page.
8279          */
8280         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8281                 *pde = newpde;
8282                 newpde += NBPDR;
8283         }
8284
8285         /*
8286          * Demote the mapping.
8287          */
8288         *pdpe = newpdpe;
8289
8290         /*
8291          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8292          */
8293         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8294
8295         pmap_pdpe_demotions++;
8296         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8297             " in pmap %p", va, pmap);
8298         return (TRUE);
8299 }
8300
8301 /*
8302  * Sets the memory attribute for the specified page.
8303  */
8304 void
8305 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8306 {
8307
8308         m->md.pat_mode = ma;
8309
8310         /*
8311          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8312          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8313          * required for data coherence.
8314          */
8315         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8316             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8317             m->md.pat_mode))
8318                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8319 }
8320
8321 /*
8322  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8323  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8324  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8325  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8326  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8327  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8328  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8329  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8330  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8331  * same physical page have different memory types.
8332  *
8333  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8334  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8335  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8336  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8337  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8338  * virtual address range or the direct map.
8339  */
8340 int
8341 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8342 {
8343         int error;
8344
8345         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8346         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8347             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8348         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8349         return (error);
8350 }
8351
8352 /*
8353  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8354  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8355  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8356  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8357  * map are never executable.
8358  */
8359 int
8360 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8361 {
8362         int error;
8363
8364         /* Only supported within the kernel map. */
8365         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8366                 return (EINVAL);
8367
8368         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8369         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8370             MAPDEV_ASSERTVALID);
8371         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8372         return (error);
8373 }
8374
8375 static int
8376 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8377     int mode, int flags)
8378 {
8379         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8380         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8381         pdp_entry_t *pdpe;
8382         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8383         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8384         int error;
8385         bool changed;
8386
8387         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8388         base = trunc_page(va);
8389         offset = va & PAGE_MASK;
8390         size = round_page(offset + size);
8391
8392         /*
8393          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8394          * map but excluding the recursive map.
8395          */
8396         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8397                 return (EINVAL);
8398
8399         /*
8400          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8401          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8402          *
8403          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8404          */
8405         pde_bits = pte_bits = 0;
8406         pde_mask = pte_mask = 0;
8407         if (mode != -1) {
8408                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8409                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8410                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8411                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8412         }
8413         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8414                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8415                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8416                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8417                 }
8418                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8419                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8420                         pde_bits |= pg_nx;
8421                         pte_bits |= pg_nx;
8422                 }
8423                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8424                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8425         }
8426
8427         /*
8428          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8429          * into 4KB pages if required.
8430          */
8431         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8432                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8433                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8434                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8435                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8436                         return (EINVAL);
8437                 }
8438                 if (*pdpe & PG_PS) {
8439                         /*
8440                          * If the current 1GB page already has the required
8441                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8442                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8443                          */
8444                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8445                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8446                                 continue;
8447                         }
8448
8449                         /*
8450                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8451                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8452                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8453                          */
8454                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8455                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8456                                 tmpva += NBPDP;
8457                                 continue;
8458                         }
8459                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8460                                 return (ENOMEM);
8461                 }
8462                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8463                 if (*pde == 0) {
8464                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8465                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8466                         return (EINVAL);
8467                 }
8468                 if (*pde & PG_PS) {
8469                         /*
8470                          * If the current 2MB page already has the required
8471                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8472                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8473                          */
8474                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8475                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8476                                 continue;
8477                         }
8478
8479                         /*
8480                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8481                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8482                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8483                          */
8484                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8485                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8486                                 tmpva += NBPDR;
8487                                 continue;
8488                         }
8489                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8490                                 return (ENOMEM);
8491                 }
8492                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8493                 if (*pte == 0) {
8494                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8495                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8496                         return (EINVAL);
8497                 }
8498                 tmpva += PAGE_SIZE;
8499         }
8500         error = 0;
8501
8502         /*
8503          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8504          * properties if required.
8505          */
8506         changed = false;
8507         pa_start = pa_end = 0;
8508         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8509                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8510                 if (*pdpe & PG_PS) {
8511                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8512                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8513                                 changed = true;
8514                         }
8515                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8516                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8517                                 if (pa_start == pa_end) {
8518                                         /* Start physical address run. */
8519                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8520                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8521                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8522                                         pa_end += NBPDP;
8523                                 else {
8524                                         /* Run ended, update direct map. */
8525                                         error = pmap_change_props_locked(
8526                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8527                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8528                                             flags);
8529                                         if (error != 0)
8530                                                 break;
8531                                         /* Start physical address run. */
8532                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8533                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8534                                 }
8535                         }
8536                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8537                         continue;
8538                 }
8539                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8540                 if (*pde & PG_PS) {
8541                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8542                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8543                                 changed = true;
8544                         }
8545                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8546                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8547                                 if (pa_start == pa_end) {
8548                                         /* Start physical address run. */
8549                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8550                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8551                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8552                                         pa_end += NBPDR;
8553                                 else {
8554                                         /* Run ended, update direct map. */
8555                                         error = pmap_change_props_locked(
8556                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8557                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8558                                             flags);
8559                                         if (error != 0)
8560                                                 break;
8561                                         /* Start physical address run. */
8562                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8563                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8564                                 }
8565                         }
8566                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8567                 } else {
8568                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8569                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8570                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8571                                 changed = true;
8572                         }
8573                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8574                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8575                                 if (pa_start == pa_end) {
8576                                         /* Start physical address run. */
8577                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8578                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8579                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8580                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8581                                 else {
8582                                         /* Run ended, update direct map. */
8583                                         error = pmap_change_props_locked(
8584                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8585                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8586                                             flags);
8587                                         if (error != 0)
8588                                                 break;
8589                                         /* Start physical address run. */
8590                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8591                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8592                                 }
8593                         }
8594                         tmpva += PAGE_SIZE;
8595                 }
8596         }
8597         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8598                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8599                 if (pa_start != pa_end1)
8600                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8601                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8602         }
8603
8604         /*
8605          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8606          * shouldn't be, etc.
8607          */
8608         if (changed) {
8609                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8610                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8611                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8612         }
8613         return (error);
8614 }
8615
8616 /*
8617  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8618  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8619  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8620  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8621  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8622  */
8623 void
8624 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8625 {
8626         pdp_entry_t *pdpe;
8627         pd_entry_t *pde;
8628         vm_offset_t va;
8629         boolean_t changed;
8630
8631         if (len == 0)
8632                 return;
8633         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8634         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8635             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8636         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8637                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8638                 changed = FALSE;
8639                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8640                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8641                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8642                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8643                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8644                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8645                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8646                         changed = TRUE;
8647                 }
8648                 if (len < NBPDR) {
8649                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8650                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8651                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8652                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8653                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8654                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8655                                 changed = TRUE;
8656                         }
8657                 }
8658                 if (changed && invalidate)
8659                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8660                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8661         }
8662 }
8663
8664 /*
8665  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8666  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8667  * find other mappings.
8668  */
8669 int
8670 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8671 {
8672         pd_entry_t *pdep;
8673         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8674         vm_paddr_t pa;
8675         int val;
8676
8677         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8678         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8679         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8680         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8681
8682         PMAP_LOCK(pmap);
8683         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8684         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8685                 if (*pdep & PG_PS) {
8686                         pte = *pdep;
8687                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8688                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8689                             PG_FRAME;
8690                         val = MINCORE_SUPER;
8691                 } else {
8692                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8693                         pa = pte & PG_FRAME;
8694                         val = 0;
8695                 }
8696         } else {
8697                 pte = 0;
8698                 pa = 0;
8699                 val = 0;
8700         }
8701         if ((pte & PG_V) != 0) {
8702                 val |= MINCORE_INCORE;
8703                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8704                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8705                 if ((pte & PG_A) != 0)
8706                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8707         }
8708         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8709             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8710             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8711                 *pap = pa;
8712         }
8713         PMAP_UNLOCK(pmap);
8714         return (val);
8715 }
8716
8717 static uint64_t
8718 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8719 {
8720         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8721
8722         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8723         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8724         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8725                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8726         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8727                 return (CR3_PCID_SAVE);
8728         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8729         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8730             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8731             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8732         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8733             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8734                 new_gen = gen + 1;
8735                 if (new_gen == 0)
8736                         new_gen = 1;
8737                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8738                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8739         } else {
8740                 new_gen = gen;
8741         }
8742         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8743         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8744         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8745         return (0);
8746 }
8747
8748 static uint64_t
8749 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8750 {
8751         uint64_t cached;
8752
8753         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8754         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8755             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8756             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8757         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8758             pmap == kernel_pmap,
8759             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8760             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8761         return (cached);
8762 }
8763
8764 static void
8765 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8766 {
8767
8768         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8769             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8770 }
8771
8772 static void inline
8773 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8774 {
8775         struct invpcid_descr d;
8776         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8777
8778         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8779         cr3 = rcr3();
8780         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8781                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8782         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8783         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8784         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8785             PMAP_PCID_USER_PT;
8786
8787         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8788                 /*
8789                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8790                  * user page table.  They are not automatically
8791                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8792                  * pointer above.
8793                  *
8794                  * Note that the if() condition is resolved statically
8795                  * by using the function argument instead of
8796                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8797                  */
8798                 if (invpcid_works1) {
8799                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8800                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8801                         d.pad = 0;
8802                         d.addr = 0;
8803                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8804                 } else {
8805                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8806                 }
8807         }
8808
8809         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8810         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8811         if (cached)
8812                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8813 }
8814
8815 static void
8816 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8817 {
8818
8819         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8820         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8821 }
8822
8823 static void
8824 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8825     u_int cpuid)
8826 {
8827         register_t rflags;
8828
8829         /*
8830          * If the INVPCID instruction is not available,
8831          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8832          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8833          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8834          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8835          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8836          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8837          * which leaves stale TLB entries.
8838          *
8839          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8840          * the context switch, is immune to this race, because
8841          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8842          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8843          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8844          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8845          */
8846         rflags = intr_disable();
8847         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8848         intr_restore(rflags);
8849         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8850 }
8851
8852 static void
8853 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8854     u_int cpuid)
8855 {
8856         uint64_t cached, cr3;
8857
8858         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8859         cr3 = rcr3();
8860         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8861                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8862                     cached);
8863         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8864         if (cached)
8865                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8866 }
8867
8868 static void
8869 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8870     u_int cpuid)
8871 {
8872         register_t rflags;
8873
8874         rflags = intr_disable();
8875         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8876         intr_restore(rflags);
8877 }
8878
8879 static void
8880 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8881     u_int cpuid __unused)
8882 {
8883
8884         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8885         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8886 }
8887
8888 static void
8889 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8890     u_int cpuid __unused)
8891 {
8892
8893         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8894         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8895         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8896         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8897 }
8898
8899 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8900     u_int))
8901 {
8902
8903         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8904                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8905         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8906                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8907         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8908                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8909         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8910                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8911         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8912                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8913         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8914                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8915 }
8916
8917 void
8918 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8919 {
8920         pmap_t oldpmap, pmap;
8921         u_int cpuid;
8922
8923         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8924         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8925         if (oldpmap == pmap) {
8926                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8927                         mfence();
8928                 return;
8929         }
8930         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8931 #ifdef SMP
8932         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8933 #else
8934         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8935 #endif
8936         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8937 #ifdef SMP
8938         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8939 #else
8940         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8941 #endif
8942 }
8943
8944 void
8945 pmap_activate(struct thread *td)
8946 {
8947
8948         critical_enter();
8949         pmap_activate_sw(td);
8950         critical_exit();
8951 }
8952
8953 void
8954 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8955 {
8956         uint64_t kcr3;
8957         u_int cpuid;
8958
8959         /*
8960          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8961          * by never activating it at all.
8962          */
8963         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8964
8965         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8966 #ifdef SMP
8967         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8968 #else
8969         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8970 #endif
8971         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8972         if (pti) {
8973                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8974                 if (pmap_pcid_enabled)
8975                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8976         } else {
8977                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
8978         }
8979         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
8980         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
8981 }
8982
8983 void
8984 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
8985 {
8986 }
8987
8988 /*
8989  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
8990  *      different alignment might result in more superpage mappings.
8991  */
8992 void
8993 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
8994     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
8995 {
8996         vm_offset_t superpage_offset;
8997
8998         if (size < NBPDR)
8999                 return;
9000         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9001                 offset += ptoa(object->pg_color);
9002         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9003         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9004             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9005                 return;
9006         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9007                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9008         else
9009                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9010 }
9011
9012 #ifdef INVARIANTS
9013 static unsigned long num_dirty_emulations;
9014 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9015              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9016
9017 static unsigned long num_accessed_emulations;
9018 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9019              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9020
9021 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9022 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9023              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9024
9025 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9026 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9027              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9028 #endif  /* INVARIANTS */
9029
9030 int
9031 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9032 {
9033         int rv;
9034         struct rwlock *lock;
9035 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9036         vm_page_t m, mpte;
9037 #endif
9038         pd_entry_t *pde;
9039         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9040
9041         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9042             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9043
9044         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9045                 return (-1);
9046
9047         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9048         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9049         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9050         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9051
9052         rv = -1;
9053         lock = NULL;
9054         PMAP_LOCK(pmap);
9055
9056         pde = pmap_pde(pmap, va);
9057         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9058                 goto done;
9059
9060         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9061                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9062 #ifdef INVARIANTS
9063                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9064 #endif
9065                         *pde |= PG_A;
9066                         rv = 0;
9067                 }
9068                 goto done;
9069         }
9070
9071         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9072         if ((*pte & PG_V) == 0)
9073                 goto done;
9074
9075         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9076                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9077                         goto done;
9078                 /*
9079                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9080                  *
9081                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9082                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9083                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9084                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9085                  * and PG_M simultaneously.
9086                  */
9087                 *pte |= PG_M | PG_A;
9088         } else {
9089                 *pte |= PG_A;
9090         }
9091
9092 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9093         /* try to promote the mapping */
9094         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9095                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9096         else
9097                 mpte = NULL;
9098
9099         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9100
9101         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9102             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9103             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9104             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9105                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9106 #ifdef INVARIANTS
9107                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9108 #endif
9109         }
9110 #endif
9111
9112 #ifdef INVARIANTS
9113         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9114                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9115         else
9116                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9117 #endif
9118         rv = 0;         /* success */
9119 done:
9120         if (lock != NULL)
9121                 rw_wunlock(lock);
9122         PMAP_UNLOCK(pmap);
9123         return (rv);
9124 }
9125
9126 void
9127 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9128 {
9129         pml4_entry_t *pml4;
9130         pdp_entry_t *pdp;
9131         pd_entry_t *pde;
9132         pt_entry_t *pte, PG_V;
9133         int idx;
9134
9135         idx = 0;
9136         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9137         PMAP_LOCK(pmap);
9138
9139         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9140         ptr[idx++] = *pml4;
9141         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9142                 goto done;
9143
9144         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9145         ptr[idx++] = *pdp;
9146         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9147                 goto done;
9148
9149         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9150         ptr[idx++] = *pde;
9151         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9152                 goto done;
9153
9154         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9155         ptr[idx++] = *pte;
9156
9157 done:
9158         PMAP_UNLOCK(pmap);
9159         *num = idx;
9160 }
9161
9162 /**
9163  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9164  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9165  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9166  *
9167  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9168  *                    address on the kernel memory map.
9169  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9170  *                    of the pages passed in the page parameter.
9171  * \param count       Number of pages passed in.
9172  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9173  *                    page faults, FALSE otherwise.
9174  *
9175  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9176  *          finished or FALSE otherwise.
9177  *
9178  */
9179 boolean_t
9180 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9181     boolean_t can_fault)
9182 {
9183         vm_paddr_t paddr;
9184         boolean_t needs_mapping;
9185         pt_entry_t *pte;
9186         int cache_bits, error __unused, i;
9187
9188         /*
9189          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9190          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9191          */
9192         needs_mapping = FALSE;
9193         for (i = 0; i < count; i++) {
9194                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9195                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9196                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9197                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9198                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9199                         needs_mapping = TRUE;
9200                 } else {
9201                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9202                 }
9203         }
9204
9205         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9206         if (!needs_mapping)
9207                 return (FALSE);
9208
9209         /*
9210          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9211          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9212          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9213          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9214          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9215          * after modifying the PTE bits is crucial.
9216          */
9217         if (!can_fault)
9218                 sched_pin();
9219         for (i = 0; i < count; i++) {
9220                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9221                 if (paddr >= dmaplimit) {
9222                         if (can_fault) {
9223                                 /*
9224                                  * Slow path, since we can get page faults
9225                                  * while mappings are active don't pin the
9226                                  * thread to the CPU and instead add a global
9227                                  * mapping visible to all CPUs.
9228                                  */
9229                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9230                         } else {
9231                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9232                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9233                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9234                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9235                                     cache_bits);
9236                                 invlpg(vaddr[i]);
9237                         }
9238                 }
9239         }
9240
9241         return (needs_mapping);
9242 }
9243
9244 void
9245 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9246     boolean_t can_fault)
9247 {
9248         vm_paddr_t paddr;
9249         int i;
9250
9251         if (!can_fault)
9252                 sched_unpin();
9253         for (i = 0; i < count; i++) {
9254                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9255                 if (paddr >= dmaplimit) {
9256                         if (can_fault)
9257                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9258                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9259                 }
9260         }
9261 }
9262
9263 vm_offset_t
9264 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9265 {
9266         vm_paddr_t paddr;
9267
9268         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9269         if (paddr < dmaplimit)
9270                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9271         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9272         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9273         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9274             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9275         return (qframe);
9276 }
9277
9278 void
9279 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9280 {
9281
9282         if (addr != qframe)
9283                 return;
9284         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9285         invlpg(qframe);
9286         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9287 }
9288
9289 /*
9290  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9291  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9292  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9293  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9294  * each allocated pmap.
9295  *
9296  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9297  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9298  * represents the number of valid entries within the page.
9299  */
9300 static vm_page_t
9301 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9302 {
9303         vm_page_t m;
9304
9305         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9306             VM_ALLOC_ZERO);
9307         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9308                 pmap_zero_page(m);
9309         return (m);
9310 }
9311
9312 static vm_page_t
9313 pmap_large_map_getptp(void)
9314 {
9315         vm_page_t m;
9316
9317         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9318         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9319         if (m == NULL) {
9320                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9321                 vm_wait(NULL);
9322                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9323                 /* Callers retry. */
9324         }
9325         return (m);
9326 }
9327
9328 static pdp_entry_t *
9329 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9330 {
9331         vm_pindex_t pml4_idx;
9332         vm_paddr_t mphys;
9333
9334         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9335         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9336             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9337             "%#jx lm_ents %d",
9338             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9339         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9340             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9341             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9342             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9343         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9344         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9345 }
9346
9347 static pd_entry_t *
9348 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9349 {
9350         pdp_entry_t *pdpe;
9351         vm_page_t m;
9352         vm_paddr_t mphys;
9353
9354 retry:
9355         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9356         if (*pdpe == 0) {
9357                 m = pmap_large_map_getptp();
9358                 if (m == NULL)
9359                         goto retry;
9360                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9361                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9362         } else {
9363                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9364                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9365         }
9366         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9367 }
9368
9369 static pt_entry_t *
9370 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9371 {
9372         pd_entry_t *pde;
9373         vm_page_t m;
9374         vm_paddr_t mphys;
9375
9376 retry:
9377         pde = pmap_large_map_pde(va);
9378         if (*pde == 0) {
9379                 m = pmap_large_map_getptp();
9380                 if (m == NULL)
9381                         goto retry;
9382                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9383                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9384                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9385         } else {
9386                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9387                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9388         }
9389         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9390 }
9391
9392 static vm_paddr_t
9393 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9394 {
9395         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9396         pd_entry_t *pde, pd;
9397         pt_entry_t *pte, pt;
9398
9399         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9400             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9401         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9402         pdp = *pdpe;
9403         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9404             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9405             (u_long)pdpe, pdp));
9406         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9407                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9408                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9409                     (u_long)pdpe, pdp));
9410                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9411         }
9412         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9413         pd = *pde;
9414         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9415             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9416         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9417                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9418         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9419         pt = *pte;
9420         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9421             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9422         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9423 }
9424
9425 static int
9426 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9427     vmem_addr_t *vmem_res)
9428 {
9429
9430         /*
9431          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9432          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9433          * freed.
9434          */
9435         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9436             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9437 }
9438
9439 int
9440 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9441     vm_memattr_t mattr)
9442 {
9443         pdp_entry_t *pdpe;
9444         pd_entry_t *pde;
9445         pt_entry_t *pte;
9446         vm_offset_t va, inc;
9447         vmem_addr_t vmem_res;
9448         vm_paddr_t pa;
9449         int error;
9450
9451         if (len == 0 || spa + len < spa)
9452                 return (EINVAL);
9453
9454         /* See if DMAP can serve. */
9455         if (spa + len <= dmaplimit) {
9456                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9457                 *addr = (void *)va;
9458                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9459         }
9460
9461         /*
9462          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9463          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9464          * failed.
9465          */
9466         error = ENOMEM;
9467         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9468             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9469                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9470                     &vmem_res);
9471         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9472             NBPDR) + NBPDR)
9473                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9474                     &vmem_res);
9475         if (error != 0)
9476                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9477         if (error != 0)
9478                 return (error);
9479
9480         /*
9481          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9482          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9483          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9484          */
9485         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9486         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9487             len -= inc) {
9488                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9489                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9490                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9491                         MPASS(*pdpe == 0);
9492                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9493                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9494                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9495                         inc = NBPDP;
9496                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9497                     (va & PDRMASK) == 0) {
9498                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9499                         MPASS(*pde == 0);
9500                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9501                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9502                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9503                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9504                             ref_count++;
9505                         inc = NBPDR;
9506                 } else {
9507                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9508                         MPASS(*pte == 0);
9509                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9510                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9511                             mattr, FALSE);
9512                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9513                             ref_count++;
9514                         inc = PAGE_SIZE;
9515                 }
9516         }
9517         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9518         MPASS(len == 0);
9519
9520         *addr = (void *)vmem_res;
9521         return (0);
9522 }
9523
9524 void
9525 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9526 {
9527         vm_offset_t sva, va;
9528         vm_size_t inc;
9529         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9530         pd_entry_t *pde, pd;
9531         pt_entry_t *pte;
9532         vm_page_t m;
9533         struct spglist spgf;
9534
9535         sva = (vm_offset_t)svaa;
9536         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9537             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9538                 return;
9539
9540         SLIST_INIT(&spgf);
9541         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9542             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9543             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9544         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9545         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9546                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9547                 pdp = *pdpe;
9548                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9549                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9550                     (u_long)pdpe, pdp));
9551                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9552                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9553                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9554                             (u_long)pdpe, pdp));
9555                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9556                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9557                             (u_long)pdpe, pdp));
9558                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9559                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9560                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9561                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9562                         *pdpe = 0;
9563                         inc = NBPDP;
9564                         continue;
9565                 }
9566                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9567                 pd = *pde;
9568                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9569                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9570                     (u_long)pde, pd));
9571                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9572                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9573                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9574                             (u_long)pde, pd));
9575                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9576                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9577                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9578                             pd, len));
9579                         pde_store(pde, 0);
9580                         inc = NBPDR;
9581                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9582                         m->ref_count--;
9583                         if (m->ref_count == 0) {
9584                                 *pdpe = 0;
9585                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9586                         }
9587                         continue;
9588                 }
9589                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9590                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9591                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9592                     (u_long)pte, *pte));
9593                 pte_clear(pte);
9594                 inc = PAGE_SIZE;
9595                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9596                 m->ref_count--;
9597                 if (m->ref_count == 0) {
9598                         *pde = 0;
9599                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9600                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9601                         m->ref_count--;
9602                         if (m->ref_count == 0) {
9603                                 *pdpe = 0;
9604                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9605                         }
9606                 }
9607         }
9608         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9609         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9610         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9611         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9612 }
9613
9614 static void
9615 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9616 {
9617
9618         mfence();
9619 }
9620
9621 static void
9622 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9623 {
9624
9625         atomic_thread_fence_seq_cst();
9626 }
9627
9628 static void
9629 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9630 {
9631 }
9632
9633 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9634 {
9635
9636         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9637                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9638         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9639             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9640                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9641         else
9642                 /* clflush is strongly enough ordered */
9643                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9644 }
9645
9646 static void
9647 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9648 {
9649
9650         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9651             va += cpu_clflush_line_size)
9652                 clwb(va);
9653 }
9654
9655 static void
9656 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9657 {
9658
9659         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9660             va += cpu_clflush_line_size)
9661                 clflushopt(va);
9662 }
9663
9664 static void
9665 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9666 {
9667
9668         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9669             va += cpu_clflush_line_size)
9670                 clflush(va);
9671 }
9672
9673 static void
9674 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9675 {
9676 }
9677
9678 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9679 {
9680
9681         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9682                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9683         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9684                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9685         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9686                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9687         else
9688                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9689 }
9690
9691 static void
9692 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9693 {
9694         volatile u_long *pe;
9695         u_long p;
9696         vm_offset_t va;
9697         vm_size_t inc;
9698         bool seen_other;
9699
9700         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9701                 inc = 0;
9702                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9703                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9704                         p = *pe;
9705                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9706                                 inc = NBPDP;
9707                 }
9708                 if (inc == 0) {
9709                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9710                         p = *pe;
9711                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9712                                 inc = NBPDR;
9713                 }
9714                 if (inc == 0) {
9715                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9716                         p = *pe;
9717                         inc = PAGE_SIZE;
9718                 }
9719                 seen_other = false;
9720                 for (;;) {
9721                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9722                                 /*
9723                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9724                                  * write-back.
9725                                  */
9726                                 cpu_spinwait();
9727                                 p = *pe;
9728
9729                                 /*
9730                                  * If we saw other write-back
9731                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9732                                  * indicate state of the cache.  The
9733                                  * PG_M bit is cleared before the
9734                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9735                                  * and writes which are relevant for
9736                                  * us might happen after.
9737                                  */
9738                                 seen_other = true;
9739                                 continue;
9740                         }
9741
9742                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9743                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9744                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9745                                         /*
9746                                          * If we saw PG_M without
9747                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9748                                          * next attempt we do not
9749                                          * observe either PG_M or
9750                                          * PG_AVAIL1, the other
9751                                          * write-back started after us
9752                                          * and finished before us.  We
9753                                          * can rely on it doing our
9754                                          * work.
9755                                          */
9756                                         continue;
9757                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9758                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9759                         }
9760                         break;
9761                 }
9762                 maybe_yield();
9763         }
9764 }
9765
9766 /*
9767  * Write-back cache lines for the given address range.
9768  *
9769  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9770  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9771  *
9772  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9773  * instructions support.
9774  */
9775 void
9776 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9777 {
9778         vm_offset_t eva, sva;
9779
9780         sva = (vm_offset_t)svap;
9781         eva = sva + len;
9782         pmap_large_map_wb_fence();
9783         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9784                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9785         } else {
9786                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9787                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9788                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9789                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9790         }
9791         pmap_large_map_wb_fence();
9792 }
9793
9794 static vm_page_t
9795 pmap_pti_alloc_page(void)
9796 {
9797         vm_page_t m;
9798
9799         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9800         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9801             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9802         return (m);
9803 }
9804
9805 static bool
9806 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9807 {
9808
9809         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9810         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9811                 return (false);
9812         vm_page_free_zero(m);
9813         return (true);
9814 }
9815
9816 static void
9817 pmap_pti_init(void)
9818 {
9819         vm_page_t pml4_pg;
9820         pdp_entry_t *pdpe;
9821         vm_offset_t va;
9822         int i;
9823
9824         if (!pti)
9825                 return;
9826         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9827         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9828         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9829         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9830         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9831             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9832                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9833                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9834         }
9835         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9836             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9837         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9838             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9839         CPU_FOREACH(i) {
9840                 /* Doublefault stack IST 1 */
9841                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
9842                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9843                 /* NMI stack IST 2 */
9844                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9845                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9846                 /* MC# stack IST 3 */
9847                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
9848                     sizeof(struct nmi_pcpu);
9849                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9850                 /* DB# stack IST 4 */
9851                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9852                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9853         }
9854         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9855             (vm_offset_t)etext, true);
9856         pti_finalized = true;
9857         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9858 }
9859 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9860
9861 static pdp_entry_t *
9862 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9863 {
9864         pml4_entry_t *pml4e;
9865         pdp_entry_t *pdpe;
9866         vm_page_t m;
9867         vm_pindex_t pml4_idx;
9868         vm_paddr_t mphys;
9869
9870         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9871
9872         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9873         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9874         m = NULL;
9875         if (*pml4e == 0) {
9876                 if (pti_finalized)
9877                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9878                 m = pmap_pti_alloc_page();
9879                 if (*pml4e != 0) {
9880                         pmap_pti_free_page(m);
9881                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9882                 } else {
9883                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9884                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9885                 }
9886         } else {
9887                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9888         }
9889         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9890         return (pdpe);
9891 }
9892
9893 static void
9894 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9895 {
9896         vm_page_t m;
9897
9898         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9899         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9900         m->ref_count++;
9901 }
9902
9903 static void
9904 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9905 {
9906         vm_page_t m;
9907
9908         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9909         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9910         MPASS(m->ref_count > 0);
9911         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9912         pmap_pti_free_page(m);
9913 }
9914
9915 static void
9916 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9917 {
9918         vm_page_t m;
9919         pd_entry_t *pde;
9920
9921         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9922         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9923         MPASS(m->ref_count > 0);
9924         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9925                 pde = pmap_pti_pde(va);
9926                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9927                 *pde = 0;
9928                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9929         }
9930 }
9931
9932 static pd_entry_t *
9933 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9934 {
9935         pdp_entry_t *pdpe;
9936         pd_entry_t *pde;
9937         vm_page_t m;
9938         vm_pindex_t pd_idx;
9939         vm_paddr_t mphys;
9940
9941         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9942
9943         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9944         if (*pdpe == 0) {
9945                 m = pmap_pti_alloc_page();
9946                 if (*pdpe != 0) {
9947                         pmap_pti_free_page(m);
9948                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9949                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9950                 } else {
9951                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9952                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9953                 }
9954         } else {
9955                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9956                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9957         }
9958
9959         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9960         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9961         pde += pd_idx;
9962         return (pde);
9963 }
9964
9965 static pt_entry_t *
9966 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9967 {
9968         pd_entry_t *pde;
9969         pt_entry_t *pte;
9970         vm_page_t m;
9971         vm_paddr_t mphys;
9972
9973         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9974
9975         pde = pmap_pti_pde(va);
9976         if (unwire_pde != NULL) {
9977                 *unwire_pde = true;
9978                 pmap_pti_wire_pte(pde);
9979         }
9980         if (*pde == 0) {
9981                 m = pmap_pti_alloc_page();
9982                 if (*pde != 0) {
9983                         pmap_pti_free_page(m);
9984                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9985                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9986                 } else {
9987                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9988                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9989                         if (unwire_pde != NULL)
9990                                 *unwire_pde = false;
9991                 }
9992         } else {
9993                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9994                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
9995         }
9996
9997         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9998         pte += pmap_pte_index(va);
9999
10000         return (pte);
10001 }
10002
10003 static void
10004 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10005 {
10006         vm_paddr_t pa;
10007         pd_entry_t *pde;
10008         pt_entry_t *pte, ptev;
10009         bool unwire_pde;
10010
10011         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10012
10013         sva = trunc_page(sva);
10014         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10015         eva = round_page(eva);
10016         MPASS(sva < eva);
10017         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10018                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10019                 pa = pmap_kextract(sva);
10020                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10021                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10022                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10023                 if (*pte == 0) {
10024                         pte_store(pte, ptev);
10025                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10026                 } else {
10027                         KASSERT(!pti_finalized,
10028                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10029                             sva, *pte, ptev));
10030                         KASSERT(*pte == ptev,
10031                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10032                             sva, *pte, ptev));
10033                 }
10034                 if (unwire_pde) {
10035                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10036                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10037                 }
10038         }
10039 }
10040
10041 void
10042 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10043 {
10044
10045         if (!pti)
10046                 return;
10047         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10048         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10049         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10050 }
10051
10052 void
10053 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10054 {
10055         pt_entry_t *pte;
10056         vm_offset_t va;
10057
10058         if (!pti)
10059                 return;
10060         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10061         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10062         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10063         MPASS(sva < eva);
10064         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10065         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10066                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10067                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10068                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10069                     (u_long)pte, *pte));
10070                 pte_clear(pte);
10071                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10072         }
10073         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10074         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10075 }
10076
10077 static void *
10078 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10079 {
10080         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10081
10082         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10083         if (new_node == NULL)
10084                 return (NULL);
10085         node = data;
10086         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10087         return (new_node);
10088 }
10089
10090 static void
10091 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10092 {
10093
10094         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10095 }
10096
10097 static int
10098 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10099     int flags)
10100 {
10101         struct pmap_pkru_range *ppr;
10102         int error;
10103
10104         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10105         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10106         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10107         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10108             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10109                 return (EBUSY);
10110         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10111         if (ppr == NULL)
10112                 return (ENOMEM);
10113         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10114         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10115         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10116         if (error != 0)
10117                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10118         return (error);
10119 }
10120
10121 static int
10122 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10123 {
10124
10125         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10126         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10127         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10128         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10129 }
10130
10131 static void
10132 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10133 {
10134
10135         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10136         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10137             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10138                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10139 }
10140
10141 static bool
10142 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10143 {
10144         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10145         vm_offset_t va;
10146
10147         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10148         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10149             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10150             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10151                 return (true);
10152         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10153         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10154                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10155                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10156                         return (false);
10157                 if (ppr == NULL) {
10158                         va += PAGE_SIZE;
10159                         continue;
10160                 }
10161                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10162                         return (false);
10163                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10164         }
10165         return (true);
10166 }
10167
10168 static pt_entry_t
10169 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10170 {
10171         struct pmap_pkru_range *ppr;
10172
10173         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10174         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10175             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10176             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10177                 return (0);
10178         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10179         if (ppr != NULL)
10180                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10181         return (0);
10182 }
10183
10184 static bool
10185 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10186 {
10187         struct pmap_pkru_range *ppr;
10188
10189         ppr = r;
10190         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10191 }
10192
10193 static void
10194 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10195 {
10196
10197         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10198         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10199             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10200                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10201                     pred_pkru_on_remove);
10202         }
10203 }
10204
10205 static int
10206 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10207 {
10208
10209         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10210         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10211         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10212         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10213         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10214         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10215                 return (0);
10216         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10217 }
10218
10219 static void
10220 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10221     u_int keyidx)
10222 {
10223         pml4_entry_t *pml4e;
10224         pdp_entry_t *pdpe;
10225         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10226         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10227         vm_offset_t va, va_next;
10228         bool changed;
10229
10230         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10231         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10232         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10233
10234         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10235                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10236                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10237                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10238                         if (va_next < va)
10239                                 va_next = eva;
10240                         continue;
10241                 }
10242
10243                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10244                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10245                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10246                         if (va_next < va)
10247                                 va_next = eva;
10248                         continue;
10249                 }
10250
10251                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10252                 if (va_next < va)
10253                         va_next = eva;
10254
10255                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10256                 ptpaddr = *pde;
10257                 if (ptpaddr == 0)
10258                         continue;
10259
10260                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10261                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10262                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10263                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10264                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10265                                 if (newpde != ptpaddr) {
10266                                         *pde = newpde;
10267                                         changed = true;
10268                                 }
10269                                 continue;
10270                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10271                                 continue;
10272                         }
10273                 }
10274
10275                 if (va_next > eva)
10276                         va_next = eva;
10277
10278                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10279                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10280                         pte = *ptep;
10281                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10282                                 continue;
10283                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10284                         if (newpte != pte) {
10285                                 *ptep = newpte;
10286                                 changed = true;
10287                         }
10288                 }
10289         }
10290         if (changed)
10291                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10292 }
10293
10294 static int
10295 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10296     u_int keyidx, int flags)
10297 {
10298
10299         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10300             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10301                 return (EINVAL);
10302         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10303                 return (EFAULT);
10304         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10305                 return (ENOTSUP);
10306         return (0);
10307 }
10308
10309 int
10310 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10311     int flags)
10312 {
10313         int error;
10314
10315         sva = trunc_page(sva);
10316         eva = round_page(eva);
10317         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10318         if (error != 0)
10319                 return (error);
10320         for (;;) {
10321                 PMAP_LOCK(pmap);
10322                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10323                 if (error == 0)
10324                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10325                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10326                 if (error != ENOMEM)
10327                         break;
10328                 vm_wait(NULL);
10329         }
10330         return (error);
10331 }
10332
10333 int
10334 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10335 {
10336         int error;
10337
10338         sva = trunc_page(sva);
10339         eva = round_page(eva);
10340         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10341         if (error != 0)
10342                 return (error);
10343         for (;;) {
10344                 PMAP_LOCK(pmap);
10345                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10346                 if (error == 0)
10347                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10348                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10349                 if (error != ENOMEM)
10350                         break;
10351                 vm_wait(NULL);
10352         }
10353         return (error);
10354 }
10355
10356 /*
10357  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10358  * in various mapping attributes.
10359  */
10360 struct pmap_kernel_map_range {
10361         vm_offset_t sva;
10362         pt_entry_t attrs;
10363         int ptes;
10364         int pdes;
10365         int pdpes;
10366 };
10367
10368 static void
10369 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10370     vm_offset_t eva)
10371 {
10372         const char *mode;
10373         int i, pat_idx;
10374
10375         if (eva <= range->sva)
10376                 return;
10377
10378         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10379         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10380                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10381                         break;
10382
10383         switch (i) {
10384         case PAT_WRITE_BACK:
10385                 mode = "WB";
10386                 break;
10387         case PAT_WRITE_THROUGH:
10388                 mode = "WT";
10389                 break;
10390         case PAT_UNCACHEABLE:
10391                 mode = "UC";
10392                 break;
10393         case PAT_UNCACHED:
10394                 mode = "U-";
10395                 break;
10396         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10397                 mode = "WP";
10398                 break;
10399         case PAT_WRITE_COMBINING:
10400                 mode = "WC";
10401                 break;
10402         default:
10403                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10404                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10405                 mode = "??";
10406                 break;
10407         }
10408
10409         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10410             range->sva, eva,
10411             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10412             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10413             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10414             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10415             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10416
10417         /* Reset to sentinel value. */
10418         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10419 }
10420
10421 /*
10422  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10423  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10424  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10425  */
10426 static bool
10427 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10428 {
10429         pt_entry_t diff, mask;
10430
10431         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10432         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10433         if (diff == 0)
10434                 return (true);
10435         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10436             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10437             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10438                 return (true);
10439         return (false);
10440 }
10441
10442 static void
10443 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10444     pt_entry_t attrs)
10445 {
10446
10447         memset(range, 0, sizeof(*range));
10448         range->sva = va;
10449         range->attrs = attrs;
10450 }
10451
10452 /*
10453  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10454  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10455  * begin a new run.
10456  */
10457 static void
10458 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10459     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10460     pt_entry_t pte)
10461 {
10462         pt_entry_t attrs;
10463
10464         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10465
10466         attrs |= pdpe & pg_nx;
10467         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10468         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10469                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10470         } else if (pde != 0) {
10471                 attrs |= pde & pg_nx;
10472                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10473         }
10474         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10475                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10476         } else if (pte != 0) {
10477                 attrs |= pte & pg_nx;
10478                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10479                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10480
10481                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10482                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10483                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10484         }
10485
10486         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10487                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10488                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10489         }
10490 }
10491
10492 static int
10493 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10494 {
10495         struct pmap_kernel_map_range range;
10496         struct sbuf sbuf, *sb;
10497         pml4_entry_t pml4e;
10498         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10499         pd_entry_t *pd, pde;
10500         pt_entry_t *pt, pte;
10501         vm_offset_t sva;
10502         vm_paddr_t pa;
10503         int error, i, j, k, l;
10504
10505         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10506         if (error != 0)
10507                 return (error);
10508         sb = &sbuf;
10509         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10510
10511         /* Sentinel value. */
10512         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10513
10514         /*
10515          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10516          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10517          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10518          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10519          * valid before descending.
10520          */
10521         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10522                 switch (i) {
10523                 case PML4PML4I:
10524                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10525                         break;
10526                 case DMPML4I:
10527                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10528                         break;
10529                 case KPML4BASE:
10530                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10531                         break;
10532                 case LMSPML4I:
10533                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10534                         break;
10535                 }
10536
10537                 /* Convert to canonical form. */
10538                 if (sva == 1ul << 47)
10539                         sva |= -1ul << 48;
10540
10541 restart:
10542                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10543                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10544                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10545                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10546                         sva += NBPML4;
10547                         continue;
10548                 }
10549                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10550                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10551
10552                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10553                         pdpe = pdp[j];
10554                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10555                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10556                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10557                                 sva += NBPDP;
10558                                 continue;
10559                         }
10560                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10561                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10562                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10563                                 goto restart;
10564                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10565                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10566                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10567                                     0, 0);
10568                                 range.pdpes++;
10569                                 sva += NBPDP;
10570                                 continue;
10571                         }
10572                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10573
10574                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10575                                 pde = pd[k];
10576                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10577                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10578                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10579                                         sva += NBPDR;
10580                                         continue;
10581                                 }
10582                                 pa = pde & PG_FRAME;
10583                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10584                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10585                                         goto restart;
10586                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10587                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10588                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10589                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10590                                         range.pdes++;
10591                                         sva += NBPDR;
10592                                         continue;
10593                                 }
10594                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10595
10596                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10597                                     sva += PAGE_SIZE) {
10598                                         pte = pt[l];
10599                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10600                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10601                                                     sva);
10602                                                 continue;
10603                                         }
10604                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10605                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10606                                         range.ptes++;
10607                                 }
10608                         }
10609                 }
10610         }
10611
10612         error = sbuf_finish(sb);
10613         sbuf_delete(sb);
10614         return (error);
10615 }
10616 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10617     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10618     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10619     "Dump kernel address layout");
10620
10621 #ifdef DDB
10622 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10623 {
10624         pmap_t pmap;
10625         pml4_entry_t *pml4;
10626         pdp_entry_t *pdp;
10627         pd_entry_t *pde;
10628         pt_entry_t *pte, PG_V;
10629         vm_offset_t va;
10630
10631         if (!have_addr) {
10632                 db_printf("show pte addr\n");
10633                 return;
10634         }
10635         va = (vm_offset_t)addr;
10636
10637         if (kdb_thread != NULL)
10638                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10639         else
10640                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10641
10642         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10643         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10644         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10645         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10646                 db_printf("\n");
10647                 return;
10648         }
10649         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10650         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10651         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10652                 db_printf("\n");
10653                 return;
10654         }
10655         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10656         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10657         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10658                 db_printf("\n");
10659                 return;
10660         }
10661         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10662         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10663 }
10664
10665 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10666 {
10667         vm_paddr_t a;
10668
10669         if (have_addr) {
10670                 a = (vm_paddr_t)addr;
10671                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10672         } else {
10673                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10674         }
10675 }
10676 #endif