]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
MFV r362254: file 5.39.
[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 static void
2595 pmap_invalidate_page_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
2596     vm_offset_t addr2 __unused)
2597 {
2598
2599         if (pmap == kernel_pmap) {
2600                 invlpg(va);
2601         } else {
2602                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2603                         invlpg(va);
2604                 pmap_invalidate_page_mode(pmap, va);
2605         }
2606 }
2607
2608 void
2609 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2610 {
2611
2612         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2613                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2614                 return;
2615         }
2616
2617         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2618             ("pmap_invalidate_page: invalid type %d", pmap->pm_type));
2619
2620         smp_masked_invlpg(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), va, pmap,
2621             pmap_invalidate_page_curcpu_cb);
2622 }
2623
2624 /* 4k PTEs -- Chosen to exceed the total size of Broadwell L2 TLB */
2625 #define PMAP_INVLPG_THRESHOLD   (4 * 1024 * PAGE_SIZE)
2626
2627 static void
2628 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
2629     const bool invpcid_works1)
2630 {
2631         struct invpcid_descr d;
2632         uint64_t kcr3, ucr3;
2633         uint32_t pcid;
2634         u_int cpuid, i;
2635
2636         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2637         if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2638                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2639                         critical_enter();
2640                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2641                         if (invpcid_works1) {
2642                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2643                                 d.pad = 0;
2644                                 d.addr = sva;
2645                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2646                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2647                         } else {
2648                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2649                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2650                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2651                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
2652                         }
2653                         critical_exit();
2654                 }
2655         } else
2656                 pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2657
2658         CPU_FOREACH(i) {
2659                 if (cpuid != i)
2660                         pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2661         }
2662         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2663         atomic_thread_fence_seq_cst();
2664 }
2665
2666 static void
2667 pmap_invalidate_range_pcid_invpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2668     vm_offset_t eva)
2669 {
2670
2671         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, true);
2672 }
2673
2674 static void
2675 pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva,
2676     vm_offset_t eva)
2677 {
2678
2679         pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva, false);
2680 }
2681
2682 static void
2683 pmap_invalidate_range_nopcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2684 {
2685 }
2686
2687 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_range_mode, (pmap_t, vm_offset_t,
2688     vm_offset_t))
2689 {
2690
2691         if (pmap_pcid_enabled)
2692                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_range_pcid_invpcid :
2693                     pmap_invalidate_range_pcid_noinvpcid);
2694         return (pmap_invalidate_range_nopcid);
2695 }
2696
2697 static void
2698 pmap_invalidate_range_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2699 {
2700         vm_offset_t addr;
2701
2702         if (pmap == kernel_pmap) {
2703                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2704                         invlpg(addr);
2705         } else {
2706                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2707                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2708                                 invlpg(addr);
2709                 }
2710                 pmap_invalidate_range_mode(pmap, sva, eva);
2711         }
2712 }
2713
2714 void
2715 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2716 {
2717
2718         if (eva - sva >= PMAP_INVLPG_THRESHOLD) {
2719                 pmap_invalidate_all(pmap);
2720                 return;
2721         }
2722
2723         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2724                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2725                 return;
2726         }
2727
2728         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2729             ("pmap_invalidate_range: invalid type %d", pmap->pm_type));
2730
2731         smp_masked_invlpg_range(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), sva, eva, pmap,
2732             pmap_invalidate_range_curcpu_cb);
2733 }
2734
2735 static inline void
2736 pmap_invalidate_all_pcid(pmap_t pmap, bool invpcid_works1)
2737 {
2738         struct invpcid_descr d;
2739         uint64_t kcr3, ucr3;
2740         uint32_t pcid;
2741         u_int cpuid, i;
2742
2743         if (pmap == kernel_pmap) {
2744                 if (invpcid_works1) {
2745                         bzero(&d, sizeof(d));
2746                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
2747                 } else {
2748                         invltlb_glob();
2749                 }
2750         } else {
2751                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2752                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2753                         critical_enter();
2754                         pcid = pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
2755                         if (invpcid_works1) {
2756                                 d.pcid = pcid;
2757                                 d.pad = 0;
2758                                 d.addr = 0;
2759                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2760                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2761                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
2762                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
2763                                 }
2764                         } else {
2765                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid;
2766                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3;
2767                                 if (ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2768                                         ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2769                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
2770                                 } else {
2771                                         load_cr3(kcr3);
2772                                 }
2773                         }
2774                         critical_exit();
2775                 } else
2776                         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = 0;
2777                 CPU_FOREACH(i) {
2778                         if (cpuid != i)
2779                                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
2780                 }
2781         }
2782         /* See the comment in pmap_invalidate_page_pcid(). */
2783         atomic_thread_fence_seq_cst();
2784 }
2785
2786 static void
2787 pmap_invalidate_all_pcid_invpcid(pmap_t pmap)
2788 {
2789
2790         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, true);
2791 }
2792
2793 static void
2794 pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid(pmap_t pmap)
2795 {
2796
2797         pmap_invalidate_all_pcid(pmap, false);
2798 }
2799
2800 static void
2801 pmap_invalidate_all_nopcid(pmap_t pmap)
2802 {
2803
2804         if (pmap == kernel_pmap)
2805                 invltlb_glob();
2806         else if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
2807                 invltlb();
2808 }
2809
2810 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_invalidate_all_mode, (pmap_t))
2811 {
2812
2813         if (pmap_pcid_enabled)
2814                 return (invpcid_works ? pmap_invalidate_all_pcid_invpcid :
2815                     pmap_invalidate_all_pcid_noinvpcid);
2816         return (pmap_invalidate_all_nopcid);
2817 }
2818
2819 static void
2820 pmap_invalidate_all_curcpu_cb(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1 __unused,
2821     vm_offset_t addr2 __unused)
2822 {
2823
2824         pmap_invalidate_all_mode(pmap);
2825 }
2826
2827 void
2828 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
2829 {
2830
2831         if (pmap_type_guest(pmap)) {
2832                 pmap_invalidate_ept(pmap);
2833                 return;
2834         }
2835
2836         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2837             ("pmap_invalidate_all: invalid type %d", pmap->pm_type));
2838
2839         smp_masked_invltlb(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), pmap,
2840             pmap_invalidate_all_curcpu_cb);
2841 }
2842
2843 static void
2844 pmap_invalidate_cache_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused, vm_offset_t va __unused,
2845     vm_offset_t addr2 __unused)
2846 {
2847
2848         wbinvd();
2849 }
2850
2851 void
2852 pmap_invalidate_cache(void)
2853 {
2854
2855         smp_cache_flush(pmap_invalidate_cache_curcpu_cb);
2856 }
2857
2858 struct pde_action {
2859         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
2860         pmap_t pmap;
2861         vm_offset_t va;
2862         pd_entry_t *pde;
2863         pd_entry_t newpde;
2864         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
2865 };
2866
2867 static void
2868 pmap_update_pde_action(void *arg)
2869 {
2870         struct pde_action *act = arg;
2871
2872         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
2873                 pmap_update_pde_store(act->pmap, act->pde, act->newpde);
2874 }
2875
2876 static void
2877 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
2878 {
2879         struct pde_action *act = arg;
2880
2881         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
2882                 pmap_update_pde_invalidate(act->pmap, act->va, act->newpde);
2883 }
2884
2885 /*
2886  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
2887  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
2888  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
2889  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
2890  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
2891  * hardware error.
2892  */
2893 static void
2894 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
2895 {
2896         struct pde_action act;
2897         cpuset_t active, other_cpus;
2898         u_int cpuid;
2899
2900         sched_pin();
2901         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
2902         other_cpus = all_cpus;
2903         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
2904         if (pmap == kernel_pmap || pmap_type_guest(pmap)) 
2905                 active = all_cpus;
2906         else {
2907                 active = pmap->pm_active;
2908         }
2909         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
2910                 act.store = cpuid;
2911                 act.invalidate = active;
2912                 act.va = va;
2913                 act.pmap = pmap;
2914                 act.pde = pde;
2915                 act.newpde = newpde;
2916                 CPU_SET(cpuid, &active);
2917                 smp_rendezvous_cpus(active,
2918                     smp_no_rendezvous_barrier, pmap_update_pde_action,
2919                     pmap_update_pde_teardown, &act);
2920         } else {
2921                 pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
2922                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
2923                         pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
2924         }
2925         sched_unpin();
2926 }
2927 #else /* !SMP */
2928 /*
2929  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
2930  */
2931 void
2932 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2933 {
2934         struct invpcid_descr d;
2935         uint64_t kcr3, ucr3;
2936         uint32_t pcid;
2937
2938         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2939                 pmap->pm_eptgen++;
2940                 return;
2941         }
2942         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2943             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2944
2945         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2946                 invlpg(va);
2947                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2948                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2949                         critical_enter();
2950                         pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
2951                         if (invpcid_works) {
2952                                 d.pcid = pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
2953                                 d.pad = 0;
2954                                 d.addr = va;
2955                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2956                         } else {
2957                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
2958                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pcid |
2959                                     PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
2960                                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, va);
2961                         }
2962                         critical_exit();
2963                 }
2964         } else if (pmap_pcid_enabled)
2965                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
2966 }
2967
2968 void
2969 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
2970 {
2971         struct invpcid_descr d;
2972         vm_offset_t addr;
2973         uint64_t kcr3, ucr3;
2974
2975         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
2976                 pmap->pm_eptgen++;
2977                 return;
2978         }
2979         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
2980             ("pmap_invalidate_range: unknown type %d", pmap->pm_type));
2981
2982         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
2983                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
2984                         invlpg(addr);
2985                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap) && pmap_pcid_enabled &&
2986                     pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
2987                         critical_enter();
2988                         if (invpcid_works) {
2989                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid |
2990                                     PMAP_PCID_USER_PT;
2991                                 d.pad = 0;
2992                                 d.addr = sva;
2993                                 for (; d.addr < eva; d.addr += PAGE_SIZE)
2994                                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
2995                         } else {
2996                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].
2997                                     pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
2998                                 ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[0].
2999                                     pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
3000                                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, sva, eva);
3001                         }
3002                         critical_exit();
3003                 }
3004         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3005                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3006         }
3007 }
3008
3009 void
3010 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
3011 {
3012         struct invpcid_descr d;
3013         uint64_t kcr3, ucr3;
3014
3015         if (pmap->pm_type == PT_RVI || pmap->pm_type == PT_EPT) {
3016                 pmap->pm_eptgen++;
3017                 return;
3018         }
3019         KASSERT(pmap->pm_type == PT_X86,
3020             ("pmap_invalidate_all: unknown type %d", pmap->pm_type));
3021
3022         if (pmap == kernel_pmap) {
3023                 if (pmap_pcid_enabled && invpcid_works) {
3024                         bzero(&d, sizeof(d));
3025                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
3026                 } else {
3027                         invltlb_glob();
3028                 }
3029         } else if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
3030                 if (pmap_pcid_enabled) {
3031                         critical_enter();
3032                         if (invpcid_works) {
3033                                 d.pcid = pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3034                                 d.pad = 0;
3035                                 d.addr = 0;
3036                                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3037                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3038                                         d.pcid |= PMAP_PCID_USER_PT;
3039                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
3040                                 }
3041                         } else {
3042                                 kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[0].pm_pcid;
3043                                 if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
3044                                         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[
3045                                             0].pm_pcid | PMAP_PCID_USER_PT;
3046                                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
3047                                 } else
3048                                         load_cr3(kcr3);
3049                         }
3050                         critical_exit();
3051                 } else {
3052                         invltlb();
3053                 }
3054         } else if (pmap_pcid_enabled) {
3055                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3056         }
3057 }
3058
3059 PMAP_INLINE void
3060 pmap_invalidate_cache(void)
3061 {
3062
3063         wbinvd();
3064 }
3065
3066 static void
3067 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
3068 {
3069
3070         pmap_update_pde_store(pmap, pde, newpde);
3071         if (pmap == kernel_pmap || pmap == PCPU_GET(curpmap))
3072                 pmap_update_pde_invalidate(pmap, va, newpde);
3073         else
3074                 pmap->pm_pcids[0].pm_gen = 0;
3075 }
3076 #endif /* !SMP */
3077
3078 static void
3079 pmap_invalidate_pde_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde)
3080 {
3081
3082         /*
3083          * When the PDE has PG_PROMOTED set, the 2MB page mapping was created
3084          * by a promotion that did not invalidate the 512 4KB page mappings
3085          * that might exist in the TLB.  Consequently, at this point, the TLB
3086          * may hold both 4KB and 2MB page mappings for the address range [va,
3087          * va + NBPDR).  Therefore, the entire range must be invalidated here.
3088          * In contrast, when PG_PROMOTED is clear, the TLB will not hold any
3089          * 4KB page mappings for the address range [va, va + NBPDR), and so a
3090          * single INVLPG suffices to invalidate the 2MB page mapping from the
3091          * TLB.
3092          */
3093         if ((pde & PG_PROMOTED) != 0)
3094                 pmap_invalidate_range(pmap, va, va + NBPDR - 1);
3095         else
3096                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3097 }
3098
3099 DEFINE_IFUNC(, void, pmap_invalidate_cache_range,
3100     (vm_offset_t sva, vm_offset_t eva))
3101 {
3102
3103         if ((cpu_feature & CPUID_SS) != 0)
3104                 return (pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop);
3105         if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
3106                 return (pmap_force_invalidate_cache_range);
3107         return (pmap_invalidate_cache_range_all);
3108 }
3109
3110 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
3111
3112 static void
3113 pmap_invalidate_cache_range_check_align(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3114 {
3115
3116         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
3117             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
3118         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
3119             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
3120 }
3121
3122 static void
3123 pmap_invalidate_cache_range_selfsnoop(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3124 {
3125
3126         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3127 }
3128
3129 void
3130 pmap_force_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3131 {
3132
3133         sva &= ~(vm_offset_t)(cpu_clflush_line_size - 1);
3134
3135         /*
3136          * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
3137          * registers if we use CLFLUSH on the local APIC range.  The
3138          * local APIC is always uncached, so we don't need to flush
3139          * for that range anyway.
3140          */
3141         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3142                 return;
3143
3144         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0) {
3145                 /*
3146                  * Do per-cache line flush.  Use a locked
3147                  * instruction to insure that previous stores are
3148                  * included in the write-back.  The processor
3149                  * propagates flush to other processors in the cache
3150                  * coherence domain.
3151                  */
3152                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3153                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3154                         clflushopt(sva);
3155                 atomic_thread_fence_seq_cst();
3156         } else {
3157                 /*
3158                  * Writes are ordered by CLFLUSH on Intel CPUs.
3159                  */
3160                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3161                         mfence();
3162                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3163                         clflush(sva);
3164                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3165                         mfence();
3166         }
3167 }
3168
3169 static void
3170 pmap_invalidate_cache_range_all(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3171 {
3172
3173         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3174         pmap_invalidate_cache();
3175 }
3176
3177 /*
3178  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
3179  *
3180  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
3181  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
3182  * when moving pages into a different cache domain.
3183  */
3184 void
3185 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
3186 {
3187         vm_offset_t daddr, eva;
3188         int i;
3189         bool useclflushopt;
3190
3191         useclflushopt = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0;
3192         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
3193             ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0 && !useclflushopt))
3194                 pmap_invalidate_cache();
3195         else {
3196                 if (useclflushopt)
3197                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3198                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3199                         mfence();
3200                 for (i = 0; i < count; i++) {
3201                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
3202                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
3203                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size) {
3204                                 if (useclflushopt)
3205                                         clflushopt(daddr);
3206                                 else
3207                                         clflush(daddr);
3208                         }
3209                 }
3210                 if (useclflushopt)
3211                         atomic_thread_fence_seq_cst();
3212                 else if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
3213                         mfence();
3214         }
3215 }
3216
3217 void
3218 pmap_flush_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3219 {
3220
3221         pmap_invalidate_cache_range_check_align(sva, eva);
3222
3223         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) == 0) {
3224                 pmap_force_invalidate_cache_range(sva, eva);
3225                 return;
3226         }
3227
3228         /* See comment in pmap_force_invalidate_cache_range(). */
3229         if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
3230                 return;
3231
3232         atomic_thread_fence_seq_cst();
3233         for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
3234                 clwb(sva);
3235         atomic_thread_fence_seq_cst();
3236 }
3237
3238 void
3239 pmap_flush_cache_phys_range(vm_paddr_t spa, vm_paddr_t epa, vm_memattr_t mattr)
3240 {
3241         pt_entry_t *pte;
3242         vm_offset_t vaddr;
3243         int error, pte_bits;
3244
3245         KASSERT((spa & PAGE_MASK) == 0,
3246             ("pmap_flush_cache_phys_range: spa not page-aligned"));
3247         KASSERT((epa & PAGE_MASK) == 0,
3248             ("pmap_flush_cache_phys_range: epa not page-aligned"));
3249
3250         if (spa < dmaplimit) {
3251                 pmap_flush_cache_range(PHYS_TO_DMAP(spa), PHYS_TO_DMAP(MIN(
3252                     dmaplimit, epa)));
3253                 if (dmaplimit >= epa)
3254                         return;
3255                 spa = dmaplimit;
3256         }
3257
3258         pte_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, 0) | X86_PG_RW |
3259             X86_PG_V;
3260         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE, M_BESTFIT | M_WAITOK,
3261             &vaddr);
3262         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
3263         pte = vtopte(vaddr);
3264         for (; spa < epa; spa += PAGE_SIZE) {
3265                 sched_pin();
3266                 pte_store(pte, spa | pte_bits);
3267                 invlpg(vaddr);
3268                 /* XXXKIB atomic inside flush_cache_range are excessive */
3269                 pmap_flush_cache_range(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE);
3270                 sched_unpin();
3271         }
3272         vmem_free(kernel_arena, vaddr, PAGE_SIZE);
3273 }
3274
3275 /*
3276  *      Routine:        pmap_extract
3277  *      Function:
3278  *              Extract the physical page address associated
3279  *              with the given map/virtual_address pair.
3280  */
3281 vm_paddr_t 
3282 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3283 {
3284         pdp_entry_t *pdpe;
3285         pd_entry_t *pde;
3286         pt_entry_t *pte, PG_V;
3287         vm_paddr_t pa;
3288
3289         pa = 0;
3290         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3291         PMAP_LOCK(pmap);
3292         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3293         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3294                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
3295                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
3296                 else {
3297                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3298                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3299                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
3300                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
3301                                             (va & PDRMASK);
3302                                 } else {
3303                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3304                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
3305                                             (va & PAGE_MASK);
3306                                 }
3307                         }
3308                 }
3309         }
3310         PMAP_UNLOCK(pmap);
3311         return (pa);
3312 }
3313
3314 /*
3315  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
3316  *      Function:
3317  *              Atomically extract and hold the physical page
3318  *              with the given pmap and virtual address pair
3319  *              if that mapping permits the given protection.
3320  */
3321 vm_page_t
3322 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
3323 {
3324         pd_entry_t pde, *pdep;
3325         pt_entry_t pte, PG_RW, PG_V;
3326         vm_page_t m;
3327
3328         m = NULL;
3329         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3330         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3331
3332         PMAP_LOCK(pmap);
3333         pdep = pmap_pde(pmap, va);
3334         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
3335                 if (pde & PG_PS) {
3336                         if ((pde & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3337                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
3338                                     (va & PDRMASK));
3339                 } else {
3340                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
3341                         if ((pte & PG_V) != 0 &&
3342                             ((pte & PG_RW) != 0 || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0))
3343                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
3344                 }
3345                 if (m != NULL && !vm_page_wire_mapped(m))
3346                         m = NULL;
3347         }
3348         PMAP_UNLOCK(pmap);
3349         return (m);
3350 }
3351
3352 vm_paddr_t
3353 pmap_kextract(vm_offset_t va)
3354 {
3355         pd_entry_t pde;
3356         vm_paddr_t pa;
3357
3358         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
3359                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
3360         } else if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va)) {
3361                 pa = pmap_large_map_kextract(va);
3362         } else {
3363                 pde = *vtopde(va);
3364                 if (pde & PG_PS) {
3365                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
3366                 } else {
3367                         /*
3368                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
3369                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
3370                          * be used to access the PTE because it would use the
3371                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
3372                          * because the page table page is preserved by the
3373                          * promotion.
3374                          */
3375                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
3376                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
3377                 }
3378         }
3379         return (pa);
3380 }
3381
3382 /***************************************************
3383  * Low level mapping routines.....
3384  ***************************************************/
3385
3386 /*
3387  * Add a wired page to the kva.
3388  * Note: not SMP coherent.
3389  */
3390 PMAP_INLINE void 
3391 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
3392 {
3393         pt_entry_t *pte;
3394
3395         pte = vtopte(va);
3396         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx);
3397 }
3398
3399 static __inline void
3400 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
3401 {
3402         pt_entry_t *pte;
3403         int cache_bits;
3404
3405         pte = vtopte(va);
3406         cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, 0);
3407         pte_store(pte, pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_g | pg_nx | cache_bits);
3408 }
3409
3410 /*
3411  * Remove a page from the kernel pagetables.
3412  * Note: not SMP coherent.
3413  */
3414 PMAP_INLINE void
3415 pmap_kremove(vm_offset_t va)
3416 {
3417         pt_entry_t *pte;
3418
3419         pte = vtopte(va);
3420         pte_clear(pte);
3421 }
3422
3423 /*
3424  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
3425  *      virtual address space.
3426  *
3427  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
3428  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
3429  *      physical to virtual region can return the appropriate address
3430  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
3431  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
3432  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
3433  *      region.
3434  */
3435 vm_offset_t
3436 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
3437 {
3438         return PHYS_TO_DMAP(start);
3439 }
3440
3441
3442 /*
3443  * Add a list of wired pages to the kva
3444  * this routine is only used for temporary
3445  * kernel mappings that do not need to have
3446  * page modification or references recorded.
3447  * Note that old mappings are simply written
3448  * over.  The page *must* be wired.
3449  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3450  */
3451 void
3452 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
3453 {
3454         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
3455         vm_page_t m;
3456         int cache_bits;
3457
3458         oldpte = 0;
3459         pte = vtopte(sva);
3460         endpte = pte + count;
3461         while (pte < endpte) {
3462                 m = *ma++;
3463                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0);
3464                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | cache_bits;
3465                 if ((*pte & (PG_FRAME | X86_PG_PTE_CACHE)) != pa) {
3466                         oldpte |= *pte;
3467                         pte_store(pte, pa | pg_g | pg_nx | X86_PG_RW | X86_PG_V);
3468                 }
3469                 pte++;
3470         }
3471         if (__predict_false((oldpte & X86_PG_V) != 0))
3472                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
3473                     PAGE_SIZE);
3474 }
3475
3476 /*
3477  * This routine tears out page mappings from the
3478  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
3479  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
3480  */
3481 void
3482 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
3483 {
3484         vm_offset_t va;
3485
3486         va = sva;
3487         while (count-- > 0) {
3488                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
3489                 pmap_kremove(va);
3490                 va += PAGE_SIZE;
3491         }
3492         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
3493 }
3494
3495 /***************************************************
3496  * Page table page management routines.....
3497  ***************************************************/
3498 /*
3499  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
3500  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
3501  * physical memory manager after the TLB has been updated.
3502  */
3503 static __inline void
3504 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
3505     boolean_t set_PG_ZERO)
3506 {
3507
3508         if (set_PG_ZERO)
3509                 m->flags |= PG_ZERO;
3510         else
3511                 m->flags &= ~PG_ZERO;
3512         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
3513 }
3514         
3515 /*
3516  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
3517  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
3518  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
3519  * ordered by this virtual address range.
3520  *
3521  * If "promoted" is false, then the page table page "mpte" must be zero filled.
3522  */
3523 static __inline int
3524 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte, bool promoted)
3525 {
3526
3527         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3528         mpte->valid = promoted ? VM_PAGE_BITS_ALL : 0;
3529         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
3530 }
3531
3532 /*
3533  * Removes the page table page mapping the specified virtual address from the
3534  * specified pmap's collection of idle page table pages, and returns it.
3535  * Otherwise, returns NULL if there is no page table page corresponding to the
3536  * specified virtual address.
3537  */
3538 static __inline vm_page_t
3539 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
3540 {
3541
3542         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3543         return (vm_radix_remove(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
3544 }
3545
3546 /*
3547  * Decrements a page table page's reference count, which is used to record the
3548  * number of valid page table entries within the page.  If the reference count
3549  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
3550  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
3551  */
3552 static inline boolean_t
3553 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3554 {
3555
3556         --m->ref_count;
3557         if (m->ref_count == 0) {
3558                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
3559                 return (TRUE);
3560         } else
3561                 return (FALSE);
3562 }
3563
3564 static void
3565 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
3566 {
3567
3568         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3569         /*
3570          * unmap the page table page
3571          */
3572         if (m->pindex >= NUPDE + NUPDPE) {
3573                 /* PDP page */
3574                 pml4_entry_t *pml4;
3575                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
3576                 *pml4 = 0;
3577                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && va <= VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3578                         pml4 = &pmap->pm_pml4u[pmap_pml4e_index(va)];
3579                         *pml4 = 0;
3580                 }
3581         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
3582                 /* PD page */
3583                 pdp_entry_t *pdp;
3584                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
3585                 *pdp = 0;
3586         } else {
3587                 /* PTE page */
3588                 pd_entry_t *pd;
3589                 pd = pmap_pde(pmap, va);
3590                 *pd = 0;
3591         }
3592         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3593         if (m->pindex < NUPDE) {
3594                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
3595                 vm_page_t pdpg;
3596
3597                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
3598                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
3599         } else if (m->pindex < NUPDE + NUPDPE) {
3600                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
3601                 vm_page_t pdppg;
3602
3603                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
3604                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
3605         }
3606
3607         /* 
3608          * Put page on a list so that it is released after
3609          * *ALL* TLB shootdown is done
3610          */
3611         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
3612 }
3613
3614 /*
3615  * After removing a page table entry, this routine is used to
3616  * conditionally free the page, and manage the reference count.
3617  */
3618 static int
3619 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
3620     struct spglist *free)
3621 {
3622         vm_page_t mpte;
3623
3624         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
3625                 return (0);
3626         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
3627         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
3628         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
3629 }
3630
3631 /*
3632  * Release a page table page reference after a failed attempt to create a
3633  * mapping.
3634  */
3635 static void
3636 pmap_abort_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t mpte)
3637 {
3638         struct spglist free;
3639
3640         SLIST_INIT(&free);
3641         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
3642                 /*
3643                  * Although "va" was never mapped, paging-structure caches
3644                  * could nonetheless have entries that refer to the freed
3645                  * page table pages.  Invalidate those entries.
3646                  */
3647                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3648                 vm_page_free_pages_toq(&free, true);
3649         }
3650 }
3651
3652 void
3653 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
3654 {
3655         struct proc *p;
3656         struct thread *td;
3657         int i;
3658
3659         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
3660         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
3661         pmap->pm_pml4u = NULL;
3662         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
3663         /* hack to keep pmap_pti_pcid_invalidate() alive */
3664         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3665         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3666         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3667         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3668         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3669         pmap->pm_flags = pmap_flags;
3670         CPU_FOREACH(i) {
3671                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_KERN + 1;
3672                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 1;
3673         }
3674         pmap_activate_boot(pmap);
3675         td = curthread;
3676         if (pti) {
3677                 p = td->td_proc;
3678                 PROC_LOCK(p);
3679                 p->p_md.md_flags |= P_MD_KPTI;
3680                 PROC_UNLOCK(p);
3681         }
3682         pmap_thread_init_invl_gen(td);
3683
3684         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3685                 pmap_pkru_ranges_zone = uma_zcreate("pkru ranges",
3686                     sizeof(struct pmap_pkru_range), NULL, NULL, NULL, NULL,
3687                     UMA_ALIGN_PTR, 0);
3688         }
3689 }
3690
3691 void
3692 pmap_pinit_pml4(vm_page_t pml4pg)
3693 {
3694         pml4_entry_t *pm_pml4;
3695         int i;
3696
3697         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3698
3699         /* Wire in kernel global address entries. */
3700         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
3701                 pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3702                     X86_PG_V;
3703         }
3704         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
3705                 pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + ptoa(i)) | X86_PG_RW |
3706                     X86_PG_V;
3707         }
3708
3709         /* install self-referential address mapping entry(s) */
3710         pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
3711             X86_PG_A | X86_PG_M;
3712
3713         /* install large map entries if configured */
3714         for (i = 0; i < lm_ents; i++)
3715                 pm_pml4[LMSPML4I + i] = kernel_pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i];
3716 }
3717
3718 static void
3719 pmap_pinit_pml4_pti(vm_page_t pml4pg)
3720 {
3721         pml4_entry_t *pm_pml4;
3722         int i;
3723
3724         pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg));
3725         for (i = 0; i < NPML4EPG; i++)
3726                 pm_pml4[i] = pti_pml4[i];
3727 }
3728
3729 /*
3730  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
3731  * such as one in a vmspace structure.
3732  */
3733 int
3734 pmap_pinit_type(pmap_t pmap, enum pmap_type pm_type, int flags)
3735 {
3736         vm_page_t pml4pg, pml4pgu;
3737         vm_paddr_t pml4phys;
3738         int i;
3739
3740         /*
3741          * allocate the page directory page
3742          */
3743         pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
3744             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO | VM_ALLOC_WAITOK);
3745
3746         pml4phys = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
3747         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pml4phys);
3748         CPU_FOREACH(i) {
3749                 pmap->pm_pcids[i].pm_pcid = PMAP_PCID_NONE;
3750                 pmap->pm_pcids[i].pm_gen = 0;
3751         }
3752         pmap->pm_cr3 = PMAP_NO_CR3;     /* initialize to an invalid value */
3753         pmap->pm_ucr3 = PMAP_NO_CR3;
3754         pmap->pm_pml4u = NULL;
3755
3756         pmap->pm_type = pm_type;
3757         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
3758                 pagezero(pmap->pm_pml4);
3759
3760         /*
3761          * Do not install the host kernel mappings in the nested page
3762          * tables. These mappings are meaningless in the guest physical
3763          * address space.
3764          * Install minimal kernel mappings in PTI case.
3765          */
3766         if (pm_type == PT_X86) {
3767                 pmap->pm_cr3 = pml4phys;
3768                 pmap_pinit_pml4(pml4pg);
3769                 if ((curproc->p_md.md_flags & P_MD_KPTI) != 0) {
3770                         pml4pgu = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
3771                             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_WAITOK);
3772                         pmap->pm_pml4u = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(
3773                             VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu));
3774                         pmap_pinit_pml4_pti(pml4pgu);
3775                         pmap->pm_ucr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pgu);
3776                 }
3777                 if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
3778                         rangeset_init(&pmap->pm_pkru, pkru_dup_range,
3779                             pkru_free_range, pmap, M_NOWAIT);
3780                 }
3781         }
3782
3783         pmap->pm_root.rt_root = 0;
3784         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
3785         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
3786         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
3787         pmap->pm_flags = flags;
3788         pmap->pm_eptgen = 0;
3789
3790         return (1);
3791 }
3792
3793 int
3794 pmap_pinit(pmap_t pmap)
3795 {
3796
3797         return (pmap_pinit_type(pmap, PT_X86, pmap_flags));
3798 }
3799
3800 /*
3801  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
3802  *
3803  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
3804  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
3805  *
3806  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
3807  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
3808  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
3809  * race conditions.
3810  */
3811 static vm_page_t
3812 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
3813 {
3814         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
3815         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
3816
3817         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3818
3819         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
3820         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
3821         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3822         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
3823
3824         /*
3825          * Allocate a page table page.
3826          */
3827         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
3828             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
3829                 if (lockp != NULL) {
3830                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
3831                         PMAP_UNLOCK(pmap);
3832                         PMAP_ASSERT_NOT_IN_DI();
3833                         vm_wait(NULL);
3834                         PMAP_LOCK(pmap);
3835                 }
3836
3837                 /*
3838                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
3839                  * page may have been allocated.
3840                  */
3841                 return (NULL);
3842         }
3843         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
3844                 pmap_zero_page(m);
3845
3846         /*
3847          * Map the pagetable page into the process address space, if
3848          * it isn't already there.
3849          */
3850
3851         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
3852                 pml4_entry_t *pml4, *pml4u;
3853                 vm_pindex_t pml4index;
3854
3855                 /* Wire up a new PDPE page */
3856                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
3857                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3858                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3859                 if (pmap->pm_pml4u != NULL && pml4index < NUPML4E) {
3860                         /*
3861                          * PTI: Make all user-space mappings in the
3862                          * kernel-mode page table no-execute so that
3863                          * we detect any programming errors that leave
3864                          * the kernel-mode page table active on return
3865                          * to user space.
3866                          */
3867                         if (pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
3868                                 *pml4 |= pg_nx;
3869
3870                         pml4u = &pmap->pm_pml4u[pml4index];
3871                         *pml4u = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V |
3872                             PG_A | PG_M;
3873                 }
3874
3875         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
3876                 vm_pindex_t pml4index;
3877                 vm_pindex_t pdpindex;
3878                 pml4_entry_t *pml4;
3879                 pdp_entry_t *pdp;
3880
3881                 /* Wire up a new PDE page */
3882                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
3883                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3884
3885                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3886                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3887                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
3888                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
3889                             lockp) == NULL) {
3890                                 vm_page_unwire_noq(m);
3891                                 vm_page_free_zero(m);
3892                                 return (NULL);
3893                         }
3894                 } else {
3895                         /* Add reference to pdp page */
3896                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
3897                         pdppg->ref_count++;
3898                 }
3899                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3900
3901                 /* Now find the pdp page */
3902                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3903                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3904
3905         } else {
3906                 vm_pindex_t pml4index;
3907                 vm_pindex_t pdpindex;
3908                 pml4_entry_t *pml4;
3909                 pdp_entry_t *pdp;
3910                 pd_entry_t *pd;
3911
3912                 /* Wire up a new PTE page */
3913                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
3914                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
3915
3916                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
3917                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
3918                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
3919                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
3920                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3921                             lockp) == NULL) {
3922                                 vm_page_unwire_noq(m);
3923                                 vm_page_free_zero(m);
3924                                 return (NULL);
3925                         }
3926                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3927                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3928                 } else {
3929                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
3930                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
3931                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
3932                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
3933                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
3934                                     lockp) == NULL) {
3935                                         vm_page_unwire_noq(m);
3936                                         vm_page_free_zero(m);
3937                                         return (NULL);
3938                                 }
3939                         } else {
3940                                 /* Add reference to the pd page */
3941                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
3942                                 pdpg->ref_count++;
3943                         }
3944                 }
3945                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
3946
3947                 /* Now we know where the page directory page is */
3948                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
3949                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
3950         }
3951
3952         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3953
3954         return (m);
3955 }
3956
3957 static pd_entry_t *
3958 pmap_alloc_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t *pdpgp,
3959     struct rwlock **lockp)
3960 {
3961         pdp_entry_t *pdpe, PG_V;
3962         pd_entry_t *pde;
3963         vm_page_t pdpg;
3964         vm_pindex_t pdpindex;
3965
3966         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
3967
3968 retry:
3969         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
3970         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
3971                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
3972                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3973                         /* Add a reference to the pd page. */
3974                         pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
3975                         pdpg->ref_count++;
3976                 } else
3977                         pdpg = NULL;
3978         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3979                 /* Allocate a pd page. */
3980                 pdpindex = pmap_pde_pindex(va) >> NPDPEPGSHIFT;
3981                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
3982                 if (pdpg == NULL) {
3983                         if (lockp != NULL)
3984                                 goto retry;
3985                         else
3986                                 return (NULL);
3987                 }
3988                 pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
3989                 pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3990         } else
3991                 panic("pmap_alloc_pde: missing page table page for va %#lx",
3992                     va);
3993         *pdpgp = pdpg;
3994         return (pde);
3995 }
3996
3997 static vm_page_t
3998 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
3999 {
4000         vm_pindex_t ptepindex;
4001         pd_entry_t *pd, PG_V;
4002         vm_page_t m;
4003
4004         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
4005
4006         /*
4007          * Calculate pagetable page index
4008          */
4009         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4010 retry:
4011         /*
4012          * Get the page directory entry
4013          */
4014         pd = pmap_pde(pmap, va);
4015
4016         /*
4017          * This supports switching from a 2MB page to a
4018          * normal 4K page.
4019          */
4020         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
4021                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
4022                         /*
4023                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
4024                          * the deallocation of the underlying PD page.
4025                          */
4026                         pd = NULL;
4027                 }
4028         }
4029
4030         /*
4031          * If the page table page is mapped, we just increment the
4032          * hold count, and activate it.
4033          */
4034         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
4035                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
4036                 m->ref_count++;
4037         } else {
4038                 /*
4039                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
4040                  * deallocated.
4041                  */
4042                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
4043                 if (m == NULL && lockp != NULL)
4044                         goto retry;
4045         }
4046         return (m);
4047 }
4048
4049
4050 /***************************************************
4051  * Pmap allocation/deallocation routines.
4052  ***************************************************/
4053
4054 /*
4055  * Release any resources held by the given physical map.
4056  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
4057  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
4058  */
4059 void
4060 pmap_release(pmap_t pmap)
4061 {
4062         vm_page_t m;
4063         int i;
4064
4065         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
4066             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
4067             pmap->pm_stats.resident_count));
4068         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
4069             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
4070         KASSERT(CPU_EMPTY(&pmap->pm_active),
4071             ("releasing active pmap %p", pmap));
4072
4073         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4));
4074
4075         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
4076                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
4077         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
4078                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
4079         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
4080         for (i = 0; i < lm_ents; i++)   /* Large Map */
4081                 pmap->pm_pml4[LMSPML4I + i] = 0;
4082
4083         vm_page_unwire_noq(m);
4084         vm_page_free_zero(m);
4085
4086         if (pmap->pm_pml4u != NULL) {
4087                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pmap->pm_pml4u));
4088                 vm_page_unwire_noq(m);
4089                 vm_page_free(m);
4090         }
4091         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
4092             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
4093                 rangeset_fini(&pmap->pm_pkru);
4094 }
4095
4096 static int
4097 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4098 {
4099         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4100
4101         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
4102 }
4103 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4104     0, 0, kvm_size, "LU",
4105     "Size of KVM");
4106
4107 static int
4108 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4109 {
4110         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
4111
4112         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
4113 }
4114 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
4115     0, 0, kvm_free, "LU",
4116     "Amount of KVM free");
4117
4118 /*
4119  * Allocate physical memory for the vm_page array and map it into KVA,
4120  * attempting to back the vm_pages with domain-local memory.
4121  */
4122 void
4123 pmap_page_array_startup(long pages)
4124 {
4125         pdp_entry_t *pdpe;
4126         pd_entry_t *pde, newpdir;
4127         vm_offset_t va, start, end;
4128         vm_paddr_t pa;
4129         long pfn;
4130         int domain, i;
4131
4132         vm_page_array_size = pages;
4133
4134         start = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
4135         end = start + pages * sizeof(struct vm_page);
4136         for (va = start; va < end; va += NBPDR) {
4137                 pfn = first_page + (va - start) / sizeof(struct vm_page);
4138                 domain = _vm_phys_domain(ptoa(pfn));
4139                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
4140                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4141                         pa = vm_phys_early_alloc(domain, PAGE_SIZE);
4142                         dump_add_page(pa);
4143                         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(pa));
4144                         *pdpe = (pdp_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4145                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4146                 }
4147                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
4148                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0)
4149                         panic("Unexpected pde");
4150                 pa = vm_phys_early_alloc(domain, NBPDR);
4151                 for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
4152                         dump_add_page(pa + i * PAGE_SIZE);
4153                 newpdir = (pd_entry_t)(pa | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
4154                     X86_PG_M | PG_PS | pg_g | pg_nx);
4155                 pde_store(pde, newpdir);
4156         }
4157         vm_page_array = (vm_page_t)start;
4158 }
4159
4160 /*
4161  * grow the number of kernel page table entries, if needed
4162  */
4163 void
4164 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
4165 {
4166         vm_paddr_t paddr;
4167         vm_page_t nkpg;
4168         pd_entry_t *pde, newpdir;
4169         pdp_entry_t *pdpe;
4170
4171         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
4172
4173         /*
4174          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
4175          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
4176          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
4177          *
4178          * The correctness of this action is based on the following
4179          * argument: vm_map_insert() allocates contiguous ranges of the
4180          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
4181          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
4182          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
4183          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
4184          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
4185          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
4186          * "KERNBASE".
4187          */
4188         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
4189                 return;
4190
4191         addr = roundup2(addr, NBPDR);
4192         if (addr - 1 >= vm_map_max(kernel_map))
4193                 addr = vm_map_max(kernel_map);
4194         while (kernel_vm_end < addr) {
4195                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
4196                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
4197                         /* We need a new PDP entry */
4198                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
4199                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
4200                             VM_ALLOC_WIRED | 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                         *pdpe = (pdp_entry_t)(paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW |
4207                             X86_PG_A | X86_PG_M);
4208                         continue; /* try again */
4209                 }
4210                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
4211                 if ((*pde & X86_PG_V) != 0) {
4212                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4213                         if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4214                                 kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4215                                 break;                       
4216                         }
4217                         continue;
4218                 }
4219
4220                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
4221                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
4222                     VM_ALLOC_ZERO);
4223                 if (nkpg == NULL)
4224                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
4225                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
4226                         pmap_zero_page(nkpg);
4227                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
4228                 newpdir = paddr | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
4229                 pde_store(pde, newpdir);
4230
4231                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
4232                 if (kernel_vm_end - 1 >= vm_map_max(kernel_map)) {
4233                         kernel_vm_end = vm_map_max(kernel_map);
4234                         break;                       
4235                 }
4236         }
4237 }
4238
4239
4240 /***************************************************
4241  * page management routines.
4242  ***************************************************/
4243
4244 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
4245 CTASSERT(_NPCM == 3);
4246 CTASSERT(_NPCPV == 168);
4247
4248 static __inline struct pv_chunk *
4249 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
4250 {
4251
4252         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
4253 }
4254
4255 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
4256
4257 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
4258 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
4259 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
4260
4261 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
4262
4263 #ifdef PV_STATS
4264 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
4265
4266 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
4267         "Current number of pv entry chunks");
4268 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
4269         "Current number of pv entry chunks allocated");
4270 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
4271         "Current number of pv entry chunks frees");
4272 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
4273         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
4274
4275 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
4276 static int pv_entry_spare;
4277
4278 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
4279         "Current number of pv entry frees");
4280 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
4281         "Current number of pv entry allocs");
4282 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
4283         "Current number of pv entries");
4284 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
4285         "Current number of spare pv entries");
4286 #endif
4287
4288 static void
4289 reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap_t pmap, pmap_t locked_pmap, bool start_di)
4290 {
4291
4292         if (pmap == NULL)
4293                 return;
4294         pmap_invalidate_all(pmap);
4295         if (pmap != locked_pmap)
4296                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4297         if (start_di)
4298                 pmap_delayed_invl_finish();
4299 }
4300
4301 /*
4302  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
4303  * drastic measures to free some pages so we can allocate
4304  * another pv entry chunk.
4305  *
4306  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
4307  *
4308  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
4309  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
4310  * exacerbating the shortage of free pv entries.
4311  */
4312 static vm_page_t
4313 reclaim_pv_chunk_domain(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp, int domain)
4314 {
4315         struct pv_chunks_list *pvc;
4316         struct pv_chunk *pc, *pc_marker, *pc_marker_end;
4317         struct pv_chunk_header pc_marker_b, pc_marker_end_b;
4318         struct md_page *pvh;
4319         pd_entry_t *pde;
4320         pmap_t next_pmap, pmap;
4321         pt_entry_t *pte, tpte;
4322         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
4323         pv_entry_t pv;
4324         vm_offset_t va;
4325         vm_page_t m, m_pc;
4326         struct spglist free;
4327         uint64_t inuse;
4328         int bit, field, freed;
4329         bool start_di, restart;
4330
4331         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
4332         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
4333         pmap = NULL;
4334         m_pc = NULL;
4335         PG_G = PG_A = PG_M = PG_RW = 0;
4336         SLIST_INIT(&free);
4337         bzero(&pc_marker_b, sizeof(pc_marker_b));
4338         bzero(&pc_marker_end_b, sizeof(pc_marker_end_b));
4339         pc_marker = (struct pv_chunk *)&pc_marker_b;
4340         pc_marker_end = (struct pv_chunk *)&pc_marker_end_b;
4341
4342         /*
4343          * A delayed invalidation block should already be active if
4344          * pmap_advise() or pmap_remove() called this function by way
4345          * of pmap_demote_pde_locked().
4346          */
4347         start_di = pmap_not_in_di();
4348
4349         pvc = &pv_chunks[domain];
4350         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4351         pvc->active_reclaims++;
4352         TAILQ_INSERT_HEAD(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4353         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4354         while ((pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru)) != pc_marker_end &&
4355             SLIST_EMPTY(&free)) {
4356                 next_pmap = pc->pc_pmap;
4357                 if (next_pmap == NULL) {
4358                         /*
4359                          * The next chunk is a marker.  However, it is
4360                          * not our marker, so active_reclaims must be
4361                          * > 1.  Consequently, the next_chunk code
4362                          * will not rotate the pv_chunks list.
4363                          */
4364                         goto next_chunk;
4365                 }
4366                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4367
4368                 /*
4369                  * A pv_chunk can only be removed from the pc_lru list
4370                  * when both pc_chunks_mutex is owned and the
4371                  * corresponding pmap is locked.
4372                  */
4373                 if (pmap != next_pmap) {
4374                         restart = false;
4375                         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap,
4376                             start_di);
4377                         pmap = next_pmap;
4378                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
4379                         if (pmap > locked_pmap) {
4380                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
4381                                 PMAP_LOCK(pmap);
4382                                 if (start_di)
4383                                         pmap_delayed_invl_start();
4384                                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4385                                 restart = true;
4386                         } else if (pmap != locked_pmap) {
4387                                 if (PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4388                                         if (start_di)
4389                                                 pmap_delayed_invl_start();
4390                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4391                                         restart = true;
4392                                 } else {
4393                                         pmap = NULL; /* pmap is not locked */
4394                                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4395                                         pc = TAILQ_NEXT(pc_marker, pc_lru);
4396                                         if (pc == NULL ||
4397                                             pc->pc_pmap != next_pmap)
4398                                                 continue;
4399                                         goto next_chunk;
4400                                 }
4401                         } else if (start_di)
4402                                 pmap_delayed_invl_start();
4403                         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
4404                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
4405                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
4406                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
4407                         if (restart)
4408                                 continue;
4409                 }
4410
4411                 /*
4412                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
4413                  */
4414                 freed = 0;
4415                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4416                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4417                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
4418                                 bit = bsfq(inuse);
4419                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4420                                 va = pv->pv_va;
4421                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
4422                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
4423                                         continue;
4424                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4425                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4426                                         continue;
4427                                 tpte = pte_load_clear(pte);
4428                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
4429                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
4430                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
4431                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
4432                                         vm_page_dirty(m);
4433                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
4434                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
4435                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4436                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4437                                 m->md.pv_gen++;
4438                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4439                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4440                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4441                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4442                                                 vm_page_aflag_clear(m,
4443                                                     PGA_WRITEABLE);
4444                                         }
4445                                 }
4446                                 pmap_delayed_invl_page(m);
4447                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
4448                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
4449                                 freed++;
4450                         }
4451                 }
4452                 if (freed == 0) {
4453                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4454                         goto next_chunk;
4455                 }
4456                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
4457                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
4458                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4459                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4460                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4461                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4462                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
4463                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
4464                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4465                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4466                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4467                         /* Entire chunk is free; return it. */
4468                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4469                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
4470                         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4471                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4472                         break;
4473                 }
4474                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4475                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4476                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
4477                 if (pmap == locked_pmap)
4478                         break;
4479 next_chunk:
4480                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4481                 TAILQ_INSERT_AFTER(&pvc->pvc_list, pc, pc_marker, pc_lru);
4482                 if (pvc->active_reclaims == 1 && pmap != NULL) {
4483                         /*
4484                          * Rotate the pv chunks list so that we do not
4485                          * scan the same pv chunks that could not be
4486                          * freed (because they contained a wired
4487                          * and/or superpage mapping) on every
4488                          * invocation of reclaim_pv_chunk().
4489                          */
4490                         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pvc->pvc_list)) != pc_marker) {
4491                                 MPASS(pc->pc_pmap != NULL);
4492                                 TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4493                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4494                         }
4495                 }
4496         }
4497         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker, pc_lru);
4498         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc_marker_end, pc_lru);
4499         pvc->active_reclaims--;
4500         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4501         reclaim_pv_chunk_leave_pmap(pmap, locked_pmap, start_di);
4502         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
4503                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
4504                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
4505                 /* Recycle a freed page table page. */
4506                 m_pc->ref_count = 1;
4507         }
4508         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
4509         return (m_pc);
4510 }
4511
4512 static vm_page_t
4513 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
4514 {
4515         vm_page_t m;
4516         int i, domain;
4517
4518         domain = PCPU_GET(domain);
4519         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4520                 m = reclaim_pv_chunk_domain(locked_pmap, lockp, domain);
4521                 if (m != NULL)
4522                         break;
4523                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
4524         }
4525
4526         return (m);
4527 }
4528
4529 /*
4530  * free the pv_entry back to the free list
4531  */
4532 static void
4533 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
4534 {
4535         struct pv_chunk *pc;
4536         int idx, field, bit;
4537
4538         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4539         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
4540         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
4541         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
4542         pc = pv_to_chunk(pv);
4543         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
4544         field = idx / 64;
4545         bit = idx % 64;
4546         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
4547         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
4548             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
4549                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
4550                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
4551                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4552                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4553                 }
4554                 return;
4555         }
4556         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4557         free_pv_chunk(pc);
4558 }
4559
4560 static void
4561 free_pv_chunk_dequeued(struct pv_chunk *pc)
4562 {
4563         vm_page_t m;
4564
4565         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4566         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
4567         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
4568         /* entire chunk is free, return it */
4569         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
4570         dump_drop_page(m->phys_addr);
4571         vm_page_unwire_noq(m);
4572         vm_page_free(m);
4573 }
4574
4575 static void
4576 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
4577 {
4578         struct pv_chunks_list *pvc;
4579
4580         pvc = &pv_chunks[pc_to_domain(pc)];
4581         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4582         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4583         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4584         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4585 }
4586
4587 static void
4588 free_pv_chunk_batch(struct pv_chunklist *batch)
4589 {
4590         struct pv_chunks_list *pvc;
4591         struct pv_chunk *pc, *npc;
4592         int i;
4593
4594         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4595                 if (TAILQ_EMPTY(&batch[i]))
4596                         continue;
4597                 pvc = &pv_chunks[i];
4598                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4599                 TAILQ_FOREACH(pc, &batch[i], pc_list) {
4600                         TAILQ_REMOVE(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4601                 }
4602                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4603         }
4604
4605         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4606                 TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &batch[i], pc_list, npc) {
4607                         free_pv_chunk_dequeued(pc);
4608                 }
4609         }
4610 }
4611
4612 /*
4613  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
4614  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
4615  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
4616  * returned.
4617  *
4618  * The given PV list lock may be released.
4619  */
4620 static pv_entry_t
4621 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
4622 {
4623         struct pv_chunks_list *pvc;
4624         int bit, field;
4625         pv_entry_t pv;
4626         struct pv_chunk *pc;
4627         vm_page_t m;
4628
4629         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4630         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
4631 retry:
4632         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4633         if (pc != NULL) {
4634                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4635                         if (pc->pc_map[field]) {
4636                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4637                                 break;
4638                         }
4639                 }
4640                 if (field < _NPCM) {
4641                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4642                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4643                         /* If this was the last item, move it to tail */
4644                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
4645                             pc->pc_map[2] == 0) {
4646                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4647                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
4648                                     pc_list);
4649                         }
4650                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4651                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
4652                         return (pv);
4653                 }
4654         }
4655         /* No free items, allocate another chunk */
4656         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4657             VM_ALLOC_WIRED);
4658         if (m == NULL) {
4659                 if (lockp == NULL) {
4660                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
4661                         return (NULL);
4662                 }
4663                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4664                 if (m == NULL)
4665                         goto retry;
4666         }
4667         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4668         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4669         dump_add_page(m->phys_addr);
4670         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4671         pc->pc_pmap = pmap;
4672         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
4673         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4674         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4675         pvc = &pv_chunks[_vm_phys_domain(m->phys_addr)];
4676         mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4677         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvc->pvc_list, pc, pc_lru);
4678         mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4679         pv = &pc->pc_pventry[0];
4680         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4681         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
4682         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
4683         return (pv);
4684 }
4685
4686 /*
4687  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map.
4688  *
4689  * The erratas for Intel processors state that "POPCNT Instruction May
4690  * Take Longer to Execute Than Expected".  It is believed that the
4691  * issue is the spurious dependency on the destination register.
4692  * Provide a hint to the register rename logic that the destination
4693  * value is overwritten, by clearing it, as suggested in the
4694  * optimization manual.  It should be cheap for unaffected processors
4695  * as well.
4696  *
4697  * Reference numbers for erratas are
4698  * 4th Gen Core: HSD146
4699  * 5th Gen Core: BDM85
4700  * 6th Gen Core: SKL029
4701  */
4702 static int
4703 popcnt_pc_map_pq(uint64_t *map)
4704 {
4705         u_long result, tmp;
4706
4707         __asm __volatile("xorl %k0,%k0;popcntq %2,%0;"
4708             "xorl %k1,%k1;popcntq %3,%1;addl %k1,%k0;"
4709             "xorl %k1,%k1;popcntq %4,%1;addl %k1,%k0"
4710             : "=&r" (result), "=&r" (tmp)
4711             : "m" (map[0]), "m" (map[1]), "m" (map[2]));
4712         return (result);
4713 }
4714
4715 /*
4716  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
4717  * exceeds the given count, "needed".
4718  *
4719  * The given PV list lock may be released.
4720  */
4721 static void
4722 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
4723 {
4724         struct pv_chunks_list *pvc;
4725         struct pch new_tail[PMAP_MEMDOM];
4726         struct pv_chunk *pc;
4727         vm_page_t m;
4728         int avail, free, i;
4729         bool reclaimed;
4730
4731         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4732         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
4733
4734         /*
4735          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
4736          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
4737          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
4738          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
4739          */
4740         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
4741                 TAILQ_INIT(&new_tail[i]);
4742 retry:
4743         avail = 0;
4744         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
4745 #ifndef __POPCNT__
4746                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0)
4747                         bit_count((bitstr_t *)pc->pc_map, 0,
4748                             sizeof(pc->pc_map) * NBBY, &free);
4749                 else
4750 #endif
4751                 free = popcnt_pc_map_pq(pc->pc_map);
4752                 if (free == 0)
4753                         break;
4754                 avail += free;
4755                 if (avail >= needed)
4756                         break;
4757         }
4758         for (reclaimed = false; avail < needed; avail += _NPCPV) {
4759                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
4760                     VM_ALLOC_WIRED);
4761                 if (m == NULL) {
4762                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
4763                         if (m == NULL)
4764                                 goto retry;
4765                         reclaimed = true;
4766                 }
4767                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
4768                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
4769                 dump_add_page(m->phys_addr);
4770                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
4771                 pc->pc_pmap = pmap;
4772                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
4773                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
4774                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
4775                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4776                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail[pc_to_domain(pc)], pc, pc_lru);
4777                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
4778
4779                 /*
4780                  * The reclaim might have freed a chunk from the current pmap.
4781                  * If that chunk contained available entries, we need to
4782                  * re-count the number of available entries.
4783                  */
4784                 if (reclaimed)
4785                         goto retry;
4786         }
4787         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4788                 if (TAILQ_EMPTY(&new_tail[i]))
4789                         continue;
4790                 pvc = &pv_chunks[i];
4791                 mtx_lock(&pvc->pvc_lock);
4792                 TAILQ_CONCAT(&pvc->pvc_list, &new_tail[i], pc_lru);
4793                 mtx_unlock(&pvc->pvc_lock);
4794         }
4795 }
4796
4797 /*
4798  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
4799  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
4800  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
4801  * 2MB page mappings.
4802  */
4803 static __inline pv_entry_t
4804 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4805 {
4806         pv_entry_t pv;
4807
4808         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4809                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
4810                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4811                         pvh->pv_gen++;
4812                         break;
4813                 }
4814         }
4815         return (pv);
4816 }
4817
4818 /*
4819  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
4820  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
4821  * entries for each of the 4KB page mappings.
4822  */
4823 static void
4824 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4825     struct rwlock **lockp)
4826 {
4827         struct md_page *pvh;
4828         struct pv_chunk *pc;
4829         pv_entry_t pv;
4830         vm_offset_t va_last;
4831         vm_page_t m;
4832         int bit, field;
4833
4834         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4835         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4836             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4837         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4838
4839         /*
4840          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
4841          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
4842          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
4843          */
4844         pvh = pa_to_pvh(pa);
4845         va = trunc_2mpage(va);
4846         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4847         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
4848         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4849         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4850         m->md.pv_gen++;
4851         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4852         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
4853         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4854         for (;;) {
4855                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
4856                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
4857                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
4858                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4859                         while (pc->pc_map[field]) {
4860                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
4861                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
4862                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
4863                                 va += PAGE_SIZE;
4864                                 pv->pv_va = va;
4865                                 m++;
4866                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4867                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
4868                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4869                                 m->md.pv_gen++;
4870                                 if (va == va_last)
4871                                         goto out;
4872                         }
4873                 }
4874                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4875                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4876         }
4877 out:
4878         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
4879                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4880                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4881         }
4882         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
4883         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
4884 }
4885
4886 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
4887 /*
4888  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
4889  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
4890  * for the 2MB page mapping.
4891  */
4892 static void
4893 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
4894     struct rwlock **lockp)
4895 {
4896         struct md_page *pvh;
4897         pv_entry_t pv;
4898         vm_offset_t va_last;
4899         vm_page_t m;
4900
4901         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
4902             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
4903         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4904
4905         /*
4906          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
4907          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
4908          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
4909          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
4910          * mappings that is being promoted.
4911          */
4912         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4913         va = trunc_2mpage(va);
4914         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
4915         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
4916         pvh = pa_to_pvh(pa);
4917         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4918         pvh->pv_gen++;
4919         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
4920         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
4921         do {
4922                 m++;
4923                 va += PAGE_SIZE;
4924                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
4925         } while (va < va_last);
4926 }
4927 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
4928
4929 /*
4930  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
4931  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
4932  * page mappings.
4933  */
4934 static void
4935 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
4936 {
4937         pv_entry_t pv;
4938
4939         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
4940         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
4941         free_pv_entry(pmap, pv);
4942 }
4943
4944 /*
4945  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
4946  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
4947  */
4948 static boolean_t
4949 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4950     struct rwlock **lockp)
4951 {
4952         pv_entry_t pv;
4953
4954         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4955         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4956         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
4957                 pv->pv_va = va;
4958                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
4959                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4960                 m->md.pv_gen++;
4961                 return (TRUE);
4962         } else
4963                 return (FALSE);
4964 }
4965
4966 /*
4967  * Create the PV entry for a 2MB page mapping.  Always returns true unless the
4968  * flag PMAP_ENTER_NORECLAIM is specified.  If that flag is specified, returns
4969  * false if the PV entry cannot be allocated without resorting to reclamation.
4970  */
4971 static bool
4972 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t pde, u_int flags,
4973     struct rwlock **lockp)
4974 {
4975         struct md_page *pvh;
4976         pv_entry_t pv;
4977         vm_paddr_t pa;
4978
4979         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4980         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
4981         if ((pv = get_pv_entry(pmap, (flags & PMAP_ENTER_NORECLAIM) != 0 ?
4982             NULL : lockp)) == NULL)
4983                 return (false);
4984         pv->pv_va = va;
4985         pa = pde & PG_PS_FRAME;
4986         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
4987         pvh = pa_to_pvh(pa);
4988         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4989         pvh->pv_gen++;
4990         return (true);
4991 }
4992
4993 /*
4994  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
4995  */
4996 static void
4997 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
4998 {
4999         pt_entry_t *pte;
5000
5001         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
5002                 *pte = newpte;
5003                 newpte += PAGE_SIZE;
5004         }
5005 }
5006
5007 /*
5008  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
5009  * mapping is invalidated.
5010  */
5011 static boolean_t
5012 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5013 {
5014         struct rwlock *lock;
5015         boolean_t rv;
5016
5017         lock = NULL;
5018         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5019         if (lock != NULL)
5020                 rw_wunlock(lock);
5021         return (rv);
5022 }
5023
5024 static void
5025 pmap_demote_pde_check(pt_entry_t *firstpte __unused, pt_entry_t newpte __unused)
5026 {
5027 #ifdef INVARIANTS
5028 #ifdef DIAGNOSTIC
5029         pt_entry_t *xpte, *ypte;
5030
5031         for (xpte = firstpte; xpte < firstpte + NPTEPG;
5032             xpte++, newpte += PAGE_SIZE) {
5033                 if ((*xpte & PG_FRAME) != (newpte & PG_FRAME)) {
5034                         printf("pmap_demote_pde: xpte %zd and newpte map "
5035                             "different pages: found %#lx, expected %#lx\n",
5036                             xpte - firstpte, *xpte, newpte);
5037                         printf("page table dump\n");
5038                         for (ypte = firstpte; ypte < firstpte + NPTEPG; ypte++)
5039                                 printf("%zd %#lx\n", ypte - firstpte, *ypte);
5040                         panic("firstpte");
5041                 }
5042         }
5043 #else
5044         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
5045             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
5046             " addresses"));
5047 #endif
5048 #endif
5049 }
5050
5051 static void
5052 pmap_demote_pde_abort(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5053     pd_entry_t oldpde, struct rwlock **lockp)
5054 {
5055         struct spglist free;
5056         vm_offset_t sva;
5057
5058         SLIST_INIT(&free);
5059         sva = trunc_2mpage(va);
5060         pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, lockp);
5061         if ((oldpde & pmap_global_bit(pmap)) == 0)
5062                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, sva, oldpde);
5063         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5064         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx in pmap %p",
5065             va, pmap);
5066 }
5067
5068 static boolean_t
5069 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5070     struct rwlock **lockp)
5071 {
5072         pd_entry_t newpde, oldpde;
5073         pt_entry_t *firstpte, newpte;
5074         pt_entry_t PG_A, PG_G, PG_M, PG_PKU_MASK, PG_RW, PG_V;
5075         vm_paddr_t mptepa;
5076         vm_page_t mpte;
5077         int PG_PTE_CACHE;
5078         bool in_kernel;
5079
5080         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5081         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5082         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5083         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5084         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5085         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5086         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5087
5088         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5089         in_kernel = va >= VM_MAXUSER_ADDRESS;
5090         oldpde = *pde;
5091         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5092             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
5093
5094         /*
5095          * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
5096          * mapping was never accessed.
5097          */
5098         if ((oldpde & PG_A) == 0) {
5099                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5100                     ("pmap_demote_pde: a wired mapping is missing PG_A"));
5101                 pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5102                 return (FALSE);
5103         }
5104
5105         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5106         if (mpte == NULL) {
5107                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
5108                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
5109                     " is missing"));
5110
5111                 /*
5112                  * If the page table page is missing and the mapping
5113                  * is for a kernel address, the mapping must belong to
5114                  * the direct map.  Page table pages are preallocated
5115                  * for every other part of the kernel address space,
5116                  * so the direct map region is the only part of the
5117                  * kernel address space that must be handled here.
5118                  */
5119                 KASSERT(!in_kernel || (va >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
5120                     va < DMAP_MAX_ADDRESS),
5121                     ("pmap_demote_pde: No saved mpte for va %#lx", va));
5122
5123                 /*
5124                  * If the 2MB page mapping belongs to the direct map
5125                  * region of the kernel's address space, then the page
5126                  * allocation request specifies the highest possible
5127                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the
5128                  * priority is normal.
5129                  */
5130                 mpte = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(va),
5131                     (in_kernel ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
5132                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED);
5133
5134                 /*
5135                  * If the allocation of the new page table page fails,
5136                  * invalidate the 2MB page mapping and return "failure".
5137                  */
5138                 if (mpte == NULL) {
5139                         pmap_demote_pde_abort(pmap, va, pde, oldpde, lockp);
5140                         return (FALSE);
5141                 }
5142
5143                 if (!in_kernel) {
5144                         mpte->ref_count = NPTEPG;
5145                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
5146                 }
5147         }
5148         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5149         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
5150         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5151         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5152             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
5153         newpte = oldpde & ~PG_PS;
5154         newpte = pmap_swap_pat(pmap, newpte);
5155
5156         /*
5157          * If the page table page is not leftover from an earlier promotion,
5158          * initialize it.
5159          */
5160         if (mpte->valid == 0)
5161                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5162
5163         pmap_demote_pde_check(firstpte, newpte);
5164
5165         /*
5166          * If the mapping has changed attributes, update the page table
5167          * entries.
5168          */
5169         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
5170                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
5171
5172         /*
5173          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
5174          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
5175          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
5176          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
5177          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
5178          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
5179          */
5180         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5181                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
5182
5183         /*
5184          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
5185          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
5186          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
5187          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
5188          * the read above and the store below. 
5189          */
5190         if (workaround_erratum383)
5191                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5192         else
5193                 pde_store(pde, newpde);
5194
5195         /*
5196          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5197          */
5198         if (in_kernel)
5199                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5200
5201         /*
5202          * Demote the PV entry.
5203          */
5204         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
5205                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5206
5207         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
5208         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx in pmap %p",
5209             va, pmap);
5210         return (TRUE);
5211 }
5212
5213 /*
5214  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
5215  */
5216 static void
5217 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
5218 {
5219         pd_entry_t newpde;
5220         vm_paddr_t mptepa;
5221         vm_page_t mpte;
5222
5223         KASSERT(pmap == kernel_pmap, ("pmap %p is not kernel_pmap", pmap));
5224         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5225         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, va);
5226         if (mpte == NULL)
5227                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
5228
5229         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
5230         newpde = mptepa | X86_PG_M | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V;
5231
5232         /*
5233          * If this page table page was unmapped by a promotion, then it
5234          * contains valid mappings.  Zero it to invalidate those mappings.
5235          */
5236         if (mpte->valid != 0)
5237                 pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
5238
5239         /*
5240          * Demote the mapping.
5241          */
5242         if (workaround_erratum383)
5243                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
5244         else
5245                 pde_store(pde, newpde);
5246
5247         /*
5248          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
5249          */
5250         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
5251 }
5252
5253 /*
5254  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
5255  */
5256 static int
5257 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
5258     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5259 {
5260         struct md_page *pvh;
5261         pd_entry_t oldpde;
5262         vm_offset_t eva, va;
5263         vm_page_t m, mpte;
5264         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW;
5265
5266         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5267         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5268         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5269         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5270
5271         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5272         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5273             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5274         oldpde = pte_load_clear(pdq);
5275         if (oldpde & PG_W)
5276                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
5277         if ((oldpde & PG_G) != 0)
5278                 pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5279         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
5280         if (oldpde & PG_MANAGED) {
5281                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
5282                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
5283                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
5284                 eva = sva + NBPDR;
5285                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5286                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
5287                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5288                                 vm_page_dirty(m);
5289                         if (oldpde & PG_A)
5290                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5291                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5292                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5293                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5294                         pmap_delayed_invl_page(m);
5295                 }
5296         }
5297         if (pmap == kernel_pmap) {
5298                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
5299         } else {
5300                 mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, sva);
5301                 if (mpte != NULL) {
5302                         KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
5303                             ("pmap_remove_pde: pte page not promoted"));
5304                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5305                         KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
5306                             ("pmap_remove_pde: pte page ref count error"));
5307                         mpte->ref_count = 0;
5308                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
5309                 }
5310         }
5311         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
5312 }
5313
5314 /*
5315  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
5316  */
5317 static int
5318 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
5319     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5320 {
5321         struct md_page *pvh;
5322         pt_entry_t oldpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5323         vm_page_t m;
5324
5325         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5326         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5327         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5328
5329         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5330         oldpte = pte_load_clear(ptq);
5331         if (oldpte & PG_W)
5332                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
5333         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5334         if (oldpte & PG_MANAGED) {
5335                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
5336                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5337                         vm_page_dirty(m);
5338                 if (oldpte & PG_A)
5339                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5340                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
5341                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
5342                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
5343                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
5344                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5345                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
5346                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5347                 }
5348                 pmap_delayed_invl_page(m);
5349         }
5350         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
5351 }
5352
5353 /*
5354  * Remove a single page from a process address space
5355  */
5356 static void
5357 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
5358     struct spglist *free)
5359 {
5360         struct rwlock *lock;
5361         pt_entry_t *pte, PG_V;
5362
5363         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5364         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5365         if ((*pde & PG_V) == 0)
5366                 return;
5367         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5368         if ((*pte & PG_V) == 0)
5369                 return;
5370         lock = NULL;
5371         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
5372         if (lock != NULL)
5373                 rw_wunlock(lock);
5374         pmap_invalidate_page(pmap, va);
5375 }
5376
5377 /*
5378  * Removes the specified range of addresses from the page table page.
5379  */
5380 static bool
5381 pmap_remove_ptes(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
5382     pd_entry_t *pde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
5383 {
5384         pt_entry_t PG_G, *pte;
5385         vm_offset_t va;
5386         bool anyvalid;
5387
5388         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5389         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5390         anyvalid = false;
5391         va = eva;
5392         for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != eva; pte++,
5393             sva += PAGE_SIZE) {
5394                 if (*pte == 0) {
5395                         if (va != eva) {
5396                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5397                                 va = eva;
5398                         }
5399                         continue;
5400                 }
5401                 if ((*pte & PG_G) == 0)
5402                         anyvalid = true;
5403                 else if (va == eva)
5404                         va = sva;
5405                 if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, free, lockp)) {
5406                         sva += PAGE_SIZE;
5407                         break;
5408                 }
5409         }
5410         if (va != eva)
5411                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
5412         return (anyvalid);
5413 }
5414
5415 /*
5416  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
5417  *
5418  *      It is assumed that the start and end are properly
5419  *      rounded to the page size.
5420  */
5421 void
5422 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
5423 {
5424         struct rwlock *lock;
5425         vm_offset_t va_next;
5426         pml4_entry_t *pml4e;
5427         pdp_entry_t *pdpe;
5428         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5429         pt_entry_t PG_G, PG_V;
5430         struct spglist free;
5431         int anyvalid;
5432
5433         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5434         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5435
5436         /*
5437          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
5438          */
5439         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5440                 return;
5441
5442         anyvalid = 0;
5443         SLIST_INIT(&free);
5444
5445         pmap_delayed_invl_start();
5446         PMAP_LOCK(pmap);
5447         pmap_pkru_on_remove(pmap, sva, eva);
5448
5449         /*
5450          * special handling of removing one page.  a very
5451          * common operation and easy to short circuit some
5452          * code.
5453          */
5454         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
5455                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
5456                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
5457                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
5458                         goto out;
5459                 }
5460         }
5461
5462         lock = NULL;
5463         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5464
5465                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
5466                         break;
5467
5468                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5469                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5470                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5471                         if (va_next < sva)
5472                                 va_next = eva;
5473                         continue;
5474                 }
5475
5476                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5477                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5478                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5479                         if (va_next < sva)
5480                                 va_next = eva;
5481                         continue;
5482                 }
5483
5484                 /*
5485                  * Calculate index for next page table.
5486                  */
5487                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5488                 if (va_next < sva)
5489                         va_next = eva;
5490
5491                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5492                 ptpaddr = *pde;
5493
5494                 /*
5495                  * Weed out invalid mappings.
5496                  */
5497                 if (ptpaddr == 0)
5498                         continue;
5499
5500                 /*
5501                  * Check for large page.
5502                  */
5503                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5504                         /*
5505                          * Are we removing the entire large page?  If not,
5506                          * demote the mapping and fall through.
5507                          */
5508                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5509                                 /*
5510                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5511                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
5512                                  */
5513                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
5514                                         anyvalid = 1;
5515                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
5516                                 continue;
5517                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
5518                             &lock)) {
5519                                 /* The large page mapping was destroyed. */
5520                                 continue;
5521                         } else
5522                                 ptpaddr = *pde;
5523                 }
5524
5525                 /*
5526                  * Limit our scan to either the end of the va represented
5527                  * by the current page table page, or to the end of the
5528                  * range being removed.
5529                  */
5530                 if (va_next > eva)
5531                         va_next = eva;
5532
5533                 if (pmap_remove_ptes(pmap, sva, va_next, pde, &free, &lock))
5534                         anyvalid = 1;
5535         }
5536         if (lock != NULL)
5537                 rw_wunlock(lock);
5538 out:
5539         if (anyvalid)
5540                 pmap_invalidate_all(pmap);
5541         PMAP_UNLOCK(pmap);
5542         pmap_delayed_invl_finish();
5543         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5544 }
5545
5546 /*
5547  *      Routine:        pmap_remove_all
5548  *      Function:
5549  *              Removes this physical page from
5550  *              all physical maps in which it resides.
5551  *              Reflects back modify bits to the pager.
5552  *
5553  *      Notes:
5554  *              Original versions of this routine were very
5555  *              inefficient because they iteratively called
5556  *              pmap_remove (slow...)
5557  */
5558
5559 void
5560 pmap_remove_all(vm_page_t m)
5561 {
5562         struct md_page *pvh;
5563         pv_entry_t pv;
5564         pmap_t pmap;
5565         struct rwlock *lock;
5566         pt_entry_t *pte, tpte, PG_A, PG_M, PG_RW;
5567         pd_entry_t *pde;
5568         vm_offset_t va;
5569         struct spglist free;
5570         int pvh_gen, md_gen;
5571
5572         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5573             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
5574         SLIST_INIT(&free);
5575         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5576         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
5577             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5578 retry:
5579         rw_wlock(lock);
5580         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
5581                 pmap = PV_PMAP(pv);
5582                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5583                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5584                         rw_wunlock(lock);
5585                         PMAP_LOCK(pmap);
5586                         rw_wlock(lock);
5587                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5588                                 rw_wunlock(lock);
5589                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5590                                 goto retry;
5591                         }
5592                 }
5593                 va = pv->pv_va;
5594                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5595                 (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5596                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5597         }
5598         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
5599                 pmap = PV_PMAP(pv);
5600                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5601                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5602                         md_gen = m->md.pv_gen;
5603                         rw_wunlock(lock);
5604                         PMAP_LOCK(pmap);
5605                         rw_wlock(lock);
5606                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5607                                 rw_wunlock(lock);
5608                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5609                                 goto retry;
5610                         }
5611                 }
5612                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5613                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5614                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5615                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
5616                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5617                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
5618                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5619                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5620                 tpte = pte_load_clear(pte);
5621                 if (tpte & PG_W)
5622                         pmap->pm_stats.wired_count--;
5623                 if (tpte & PG_A)
5624                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
5625
5626                 /*
5627                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
5628                  */
5629                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5630                         vm_page_dirty(m);
5631                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
5632                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5633                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5634                 m->md.pv_gen++;
5635                 free_pv_entry(pmap, pv);
5636                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5637         }
5638         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5639         rw_wunlock(lock);
5640         pmap_delayed_invl_wait(m);
5641         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
5642 }
5643
5644 /*
5645  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
5646  */
5647 static boolean_t
5648 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
5649 {
5650         pd_entry_t newpde, oldpde;
5651         vm_page_t m, mt;
5652         boolean_t anychanged;
5653         pt_entry_t PG_G, PG_M, PG_RW;
5654
5655         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5656         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5657         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5658
5659         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5660         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
5661             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
5662         anychanged = FALSE;
5663 retry:
5664         oldpde = newpde = *pde;
5665         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5666                 if ((oldpde & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5667                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5668                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
5669                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
5670                                 vm_page_dirty(mt);
5671                 }
5672                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
5673         }
5674         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5675                 newpde |= pg_nx;
5676         if (newpde != oldpde) {
5677                 /*
5678                  * As an optimization to future operations on this PDE, clear
5679                  * PG_PROMOTED.  The impending invalidation will remove any
5680                  * lingering 4KB page mappings from the TLB.
5681                  */
5682                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde & ~PG_PROMOTED))
5683                         goto retry;
5684                 if ((oldpde & PG_G) != 0)
5685                         pmap_invalidate_pde_page(kernel_pmap, sva, oldpde);
5686                 else
5687                         anychanged = TRUE;
5688         }
5689         return (anychanged);
5690 }
5691
5692 /*
5693  *      Set the physical protection on the
5694  *      specified range of this map as requested.
5695  */
5696 void
5697 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
5698 {
5699         vm_offset_t va_next;
5700         pml4_entry_t *pml4e;
5701         pdp_entry_t *pdpe;
5702         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
5703         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
5704         boolean_t anychanged;
5705
5706         KASSERT((prot & ~VM_PROT_ALL) == 0, ("invalid prot %x", prot));
5707         if (prot == VM_PROT_NONE) {
5708                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
5709                 return;
5710         }
5711
5712         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
5713             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
5714                 return;
5715
5716         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5717         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5718         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5719         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5720         anychanged = FALSE;
5721
5722         /*
5723          * Although this function delays and batches the invalidation
5724          * of stale TLB entries, it does not need to call
5725          * pmap_delayed_invl_start() and
5726          * pmap_delayed_invl_finish(), because it does not
5727          * ordinarily destroy mappings.  Stale TLB entries from
5728          * protection-only changes need only be invalidated before the
5729          * pmap lock is released, because protection-only changes do
5730          * not destroy PV entries.  Even operations that iterate over
5731          * a physical page's PV list of mappings, like
5732          * pmap_remove_write(), acquire the pmap lock for each
5733          * mapping.  Consequently, for protection-only changes, the
5734          * pmap lock suffices to synchronize both page table and TLB
5735          * updates.
5736          *
5737          * This function only destroys a mapping if pmap_demote_pde()
5738          * fails.  In that case, stale TLB entries are immediately
5739          * invalidated.
5740          */
5741         
5742         PMAP_LOCK(pmap);
5743         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5744
5745                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5746                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5747                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5748                         if (va_next < sva)
5749                                 va_next = eva;
5750                         continue;
5751                 }
5752
5753                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5754                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5755                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5756                         if (va_next < sva)
5757                                 va_next = eva;
5758                         continue;
5759                 }
5760
5761                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5762                 if (va_next < sva)
5763                         va_next = eva;
5764
5765                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5766                 ptpaddr = *pde;
5767
5768                 /*
5769                  * Weed out invalid mappings.
5770                  */
5771                 if (ptpaddr == 0)
5772                         continue;
5773
5774                 /*
5775                  * Check for large page.
5776                  */
5777                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
5778                         /*
5779                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
5780                          * demote the mapping and fall through.
5781                          */
5782                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
5783                                 /*
5784                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
5785                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
5786                                  */
5787                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
5788                                         anychanged = TRUE;
5789                                 continue;
5790                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
5791                                 /*
5792                                  * The large page mapping was destroyed.
5793                                  */
5794                                 continue;
5795                         }
5796                 }
5797
5798                 if (va_next > eva)
5799                         va_next = eva;
5800
5801                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5802                     sva += PAGE_SIZE) {
5803                         pt_entry_t obits, pbits;
5804                         vm_page_t m;
5805
5806 retry:
5807                         obits = pbits = *pte;
5808                         if ((pbits & PG_V) == 0)
5809                                 continue;
5810
5811                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
5812                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
5813                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
5814                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
5815                                         vm_page_dirty(m);
5816                                 }
5817                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
5818                         }
5819                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
5820                                 pbits |= pg_nx;
5821
5822                         if (pbits != obits) {
5823                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
5824                                         goto retry;
5825                                 if (obits & PG_G)
5826                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5827                                 else
5828                                         anychanged = TRUE;
5829                         }
5830                 }
5831         }
5832         if (anychanged)
5833                 pmap_invalidate_all(pmap);
5834         PMAP_UNLOCK(pmap);
5835 }
5836
5837 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
5838 static bool
5839 pmap_pde_ept_executable(pmap_t pmap, pd_entry_t pde)
5840 {
5841
5842         if (pmap->pm_type != PT_EPT)
5843                 return (false);
5844         return ((pde & EPT_PG_EXECUTE) != 0);
5845 }
5846
5847 /*
5848  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
5849  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
5850  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
5851  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
5852  * identical characteristics. 
5853  */
5854 static void
5855 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
5856     struct rwlock **lockp)
5857 {
5858         pd_entry_t newpde;
5859         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
5860         pt_entry_t PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V, PG_PKU_MASK;
5861         vm_page_t mpte;
5862         int PG_PTE_CACHE;
5863
5864         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
5865         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
5866         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
5867         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
5868         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
5869         PG_PKU_MASK = pmap_pku_mask_bit(pmap);
5870         PG_PTE_CACHE = pmap_cache_mask(pmap, 0);
5871
5872         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5873
5874         /*
5875          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
5876          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
5877          * within a 2MB page. 
5878          */
5879         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
5880 setpde:
5881         newpde = *firstpte;
5882         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V) ||
5883             !pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
5884             newpde))) {
5885                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5886                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5887                     " in pmap %p", va, pmap);
5888                 return;
5889         }
5890         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5891                 /*
5892                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
5893                  * a TLB invalidation.
5894                  */
5895                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
5896                         goto setpde;
5897                 newpde &= ~PG_RW;
5898         }
5899
5900         /*
5901          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
5902          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
5903          * characteristics to the first PTE.
5904          */
5905         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
5906         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
5907 setpte:
5908                 oldpte = *pte;
5909                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
5910                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5911                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5912                             " in pmap %p", va, pmap);
5913                         return;
5914                 }
5915                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
5916                         /*
5917                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
5918                          * without a TLB invalidation.
5919                          */
5920                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
5921                                 goto setpte;
5922                         oldpte &= ~PG_RW;
5923                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
5924                             " in pmap %p", (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
5925                             (va & ~PDRMASK), pmap);
5926                 }
5927                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
5928                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5929                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
5930                             " in pmap %p", va, pmap);
5931                         return;
5932                 }
5933                 pa -= PAGE_SIZE;
5934         }
5935
5936         /*
5937          * Save the page table page in its current state until the PDE
5938          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
5939          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
5940          */
5941         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
5942         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
5943             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
5944             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
5945         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
5946             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
5947         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte, true)) {
5948                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
5949                 CTR2(KTR_PMAP,
5950                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
5951                     pmap);
5952                 return;
5953         }
5954
5955         /*
5956          * Promote the pv entries.
5957          */
5958         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
5959                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
5960
5961         /*
5962          * Propagate the PAT index to its proper position.
5963          */
5964         newpde = pmap_swap_pat(pmap, newpde);
5965
5966         /*
5967          * Map the superpage.
5968          */
5969         if (workaround_erratum383)
5970                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
5971         else
5972                 pde_store(pde, PG_PROMOTED | PG_PS | newpde);
5973
5974         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
5975         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
5976             " in pmap %p", va, pmap);
5977 }
5978 #endif /* VM_NRESERVLEVEL > 0 */
5979
5980 /*
5981  *      Insert the given physical page (p) at
5982  *      the specified virtual address (v) in the
5983  *      target physical map with the protection requested.
5984  *
5985  *      If specified, the page will be wired down, meaning
5986  *      that the related pte can not be reclaimed.
5987  *
5988  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
5989  *      or lose information.  That is, this routine must actually
5990  *      insert this page into the given map NOW.
5991  *
5992  *      When destroying both a page table and PV entry, this function
5993  *      performs the TLB invalidation before releasing the PV list
5994  *      lock, so we do not need pmap_delayed_invl_page() calls here.
5995  */
5996 int
5997 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
5998     u_int flags, int8_t psind)
5999 {
6000         struct rwlock *lock;
6001         pd_entry_t *pde;
6002         pt_entry_t *pte, PG_G, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6003         pt_entry_t newpte, origpte;
6004         pv_entry_t pv;
6005         vm_paddr_t opa, pa;
6006         vm_page_t mpte, om;
6007         int rv;
6008         boolean_t nosleep;
6009
6010         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6011         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6012         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6013         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6014         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6015
6016         va = trunc_page(va);
6017         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
6018         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
6019             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
6020             va));
6021         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
6022             va >= kmi.clean_eva,
6023             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
6024         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6025                 VM_PAGE_OBJECT_BUSY_ASSERT(m);
6026         KASSERT((flags & PMAP_ENTER_RESERVED) == 0,
6027             ("pmap_enter: flags %u has reserved bits set", flags));
6028         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
6029         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
6030         if ((flags & VM_PROT_WRITE) != 0)
6031                 newpte |= PG_M;
6032         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
6033                 newpte |= PG_RW;
6034         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
6035             ("pmap_enter: flags includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
6036         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6037                 newpte |= pg_nx;
6038         if ((flags & PMAP_ENTER_WIRED) != 0)
6039                 newpte |= PG_W;
6040         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6041                 newpte |= PG_U;
6042         if (pmap == kernel_pmap)
6043                 newpte |= PG_G;
6044         newpte |= pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, psind > 0);
6045
6046         /*
6047          * Set modified bit gratuitously for writeable mappings if
6048          * the page is unmanaged. We do not want to take a fault
6049          * to do the dirty bit accounting for these mappings.
6050          */
6051         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0) {
6052                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6053                         newpte |= PG_M;
6054         } else
6055                 newpte |= PG_MANAGED;
6056
6057         lock = NULL;
6058         PMAP_LOCK(pmap);
6059         if (psind == 1) {
6060                 /* Assert the required virtual and physical alignment. */ 
6061                 KASSERT((va & PDRMASK) == 0, ("pmap_enter: va unaligned"));
6062                 KASSERT(m->psind > 0, ("pmap_enter: m->psind < psind"));
6063                 rv = pmap_enter_pde(pmap, va, newpte | PG_PS, flags, m, &lock);
6064                 goto out;
6065         }
6066         mpte = NULL;
6067
6068         /*
6069          * In the case that a page table page is not
6070          * resident, we are creating it here.
6071          */
6072 retry:
6073         pde = pmap_pde(pmap, va);
6074         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
6075             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
6076                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6077                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
6078                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6079                         mpte->ref_count++;
6080                 }
6081         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6082                 /*
6083                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
6084                  * deallocated.
6085                  */
6086                 nosleep = (flags & PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0;
6087                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va),
6088                     nosleep ? NULL : &lock);
6089                 if (mpte == NULL && nosleep) {
6090                         rv = KERN_RESOURCE_SHORTAGE;
6091                         goto out;
6092                 }
6093                 goto retry;
6094         } else
6095                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
6096
6097         origpte = *pte;
6098         pv = NULL;
6099         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86)
6100                 newpte |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6101
6102         /*
6103          * Is the specified virtual address already mapped?
6104          */
6105         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6106                 /*
6107                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
6108                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
6109                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
6110                  * the PT page will be also.
6111                  */
6112                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
6113                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6114                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
6115                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6116
6117                 /*
6118                  * Remove the extra PT page reference.
6119                  */
6120                 if (mpte != NULL) {
6121                         mpte->ref_count--;
6122                         KASSERT(mpte->ref_count > 0,
6123                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
6124                              " va: 0x%lx", va));
6125                 }
6126
6127                 /*
6128                  * Has the physical page changed?
6129                  */
6130                 opa = origpte & PG_FRAME;
6131                 if (opa == pa) {
6132                         /*
6133                          * No, might be a protection or wiring change.
6134                          */
6135                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0 &&
6136                             (newpte & PG_RW) != 0)
6137                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6138                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
6139                                 goto unchanged;
6140                         goto validate;
6141                 }
6142
6143                 /*
6144                  * The physical page has changed.  Temporarily invalidate
6145                  * the mapping.  This ensures that all threads sharing the
6146                  * pmap keep a consistent view of the mapping, which is
6147                  * necessary for the correct handling of COW faults.  It
6148                  * also permits reuse of the old mapping's PV entry,
6149                  * avoiding an allocation.
6150                  *
6151                  * For consistency, handle unmanaged mappings the same way.
6152                  */
6153                 origpte = pte_load_clear(pte);
6154                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == opa,
6155                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6156                 if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
6157                         om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
6158
6159                         /*
6160                          * The pmap lock is sufficient to synchronize with
6161                          * concurrent calls to pmap_page_test_mappings() and
6162                          * pmap_ts_referenced().
6163                          */
6164                         if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
6165                                 vm_page_dirty(om);
6166                         if ((origpte & PG_A) != 0) {
6167                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
6168                                 vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
6169                         }
6170                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
6171                         pv = pmap_pvh_remove(&om->md, pmap, va);
6172                         KASSERT(pv != NULL,
6173                             ("pmap_enter: no PV entry for %#lx", va));
6174                         if ((newpte & PG_MANAGED) == 0)
6175                                 free_pv_entry(pmap, pv);
6176                         if ((om->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
6177                             TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
6178                             ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
6179                             TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
6180                                 vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
6181                 } else {
6182                         /*
6183                          * Since this mapping is unmanaged, assume that PG_A
6184                          * is set.
6185                          */
6186                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6187                 }
6188                 origpte = 0;
6189         } else {
6190                 /*
6191                  * Increment the counters.
6192                  */
6193                 if ((newpte & PG_W) != 0)
6194                         pmap->pm_stats.wired_count++;
6195                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6196         }
6197
6198         /*
6199          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6200          */
6201         if ((newpte & PG_MANAGED) != 0) {
6202                 if (pv == NULL) {
6203                         pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
6204                         pv->pv_va = va;
6205                 }
6206                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
6207                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
6208                 m->md.pv_gen++;
6209                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
6210                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
6211         }
6212
6213         /*
6214          * Update the PTE.
6215          */
6216         if ((origpte & PG_V) != 0) {
6217 validate:
6218                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
6219                 KASSERT((origpte & PG_FRAME) == pa,
6220                     ("pmap_enter: unexpected pa update for %#lx", va));
6221                 if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M | PG_RW)) ==
6222                     (PG_M | PG_RW)) {
6223                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
6224                                 vm_page_dirty(m);
6225
6226                         /*
6227                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
6228                          * invalidation may nonetheless be required because
6229                          * the PTE no longer has PG_M set.
6230                          */
6231                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
6232                         /*
6233                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
6234                          */
6235                         goto unchanged;
6236                 }
6237                 if ((origpte & PG_A) != 0)
6238                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
6239         } else
6240                 pte_store(pte, newpte);
6241
6242 unchanged:
6243
6244 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
6245         /*
6246          * If both the page table page and the reservation are fully
6247          * populated, then attempt promotion.
6248          */
6249         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
6250             pmap_ps_enabled(pmap) &&
6251             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
6252             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
6253                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
6254 #endif
6255
6256         rv = KERN_SUCCESS;
6257 out:
6258         if (lock != NULL)
6259                 rw_wunlock(lock);
6260         PMAP_UNLOCK(pmap);
6261         return (rv);
6262 }
6263
6264 /*
6265  * Tries to create a read- and/or execute-only 2MB page mapping.  Returns true
6266  * if successful.  Returns false if (1) a page table page cannot be allocated
6267  * without sleeping, (2) a mapping already exists at the specified virtual
6268  * address, or (3) a PV entry cannot be allocated without reclaiming another
6269  * PV entry.
6270  */
6271 static bool
6272 pmap_enter_2mpage(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
6273     struct rwlock **lockp)
6274 {
6275         pd_entry_t newpde;
6276         pt_entry_t PG_V;
6277
6278         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6279         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6280         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 1) |
6281             PG_PS | PG_V;
6282         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6283                 newpde |= PG_MANAGED;
6284         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6285                 newpde |= pg_nx;
6286         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6287                 newpde |= PG_U;
6288         return (pmap_enter_pde(pmap, va, newpde, PMAP_ENTER_NOSLEEP |
6289             PMAP_ENTER_NOREPLACE | PMAP_ENTER_NORECLAIM, NULL, lockp) ==
6290             KERN_SUCCESS);
6291 }
6292
6293 /*
6294  * Returns true if every page table entry in the specified page table page is
6295  * zero.
6296  */
6297 static bool
6298 pmap_every_pte_zero(vm_paddr_t pa)
6299 {
6300         pt_entry_t *pt_end, *pte;
6301
6302         KASSERT((pa & PAGE_MASK) == 0, ("pa is misaligned"));
6303         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
6304         for (pt_end = pte + NPTEPG; pte < pt_end; pte++) {
6305                 if (*pte != 0)
6306                         return (false);
6307         }
6308         return (true);
6309 }
6310
6311 /*
6312  * Tries to create the specified 2MB page mapping.  Returns KERN_SUCCESS if
6313  * the mapping was created, and either KERN_FAILURE or KERN_RESOURCE_SHORTAGE
6314  * otherwise.  Returns KERN_FAILURE if PMAP_ENTER_NOREPLACE was specified and
6315  * a mapping already exists at the specified virtual address.  Returns
6316  * KERN_RESOURCE_SHORTAGE if PMAP_ENTER_NOSLEEP was specified and a page table
6317  * page allocation failed.  Returns KERN_RESOURCE_SHORTAGE if
6318  * PMAP_ENTER_NORECLAIM was specified and a PV entry allocation failed.
6319  *
6320  * The parameter "m" is only used when creating a managed, writeable mapping.
6321  */
6322 static int
6323 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t newpde, u_int flags,
6324     vm_page_t m, struct rwlock **lockp)
6325 {
6326         struct spglist free;
6327         pd_entry_t oldpde, *pde;
6328         pt_entry_t PG_G, PG_RW, PG_V;
6329         vm_page_t mt, pdpg;
6330
6331         KASSERT(pmap == kernel_pmap || (newpde & PG_W) == 0,
6332             ("pmap_enter_pde: cannot create wired user mapping"));
6333         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
6334         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6335         KASSERT((newpde & (pmap_modified_bit(pmap) | PG_RW)) != PG_RW,
6336             ("pmap_enter_pde: newpde is missing PG_M"));
6337         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6338         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6339
6340         if (!pmap_allow_2m_x_page(pmap, pmap_pde_ept_executable(pmap,
6341             newpde))) {
6342                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: 2m x blocked for va %#lx"
6343                     " in pmap %p", va, pmap);
6344                 return (KERN_FAILURE);
6345         }
6346         if ((pde = pmap_alloc_pde(pmap, va, &pdpg, (flags &
6347             PMAP_ENTER_NOSLEEP) != 0 ? NULL : lockp)) == NULL) {
6348                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6349                     " in pmap %p", va, pmap);
6350                 return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6351         }
6352
6353         /*
6354          * If pkru is not same for the whole pde range, return failure
6355          * and let vm_fault() cope.  Check after pde allocation, since
6356          * it could sleep.
6357          */
6358         if (!pmap_pkru_same(pmap, va, va + NBPDR)) {
6359                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6360                 return (KERN_FAILURE);
6361         }
6362         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && pmap->pm_type == PT_X86) {
6363                 newpde &= ~X86_PG_PKU_MASK;
6364                 newpde |= pmap_pkru_get(pmap, va);
6365         }
6366
6367         /*
6368          * If there are existing mappings, either abort or remove them.
6369          */
6370         oldpde = *pde;
6371         if ((oldpde & PG_V) != 0) {
6372                 KASSERT(pdpg == NULL || pdpg->ref_count > 1,
6373                     ("pmap_enter_pde: pdpg's reference count is too low"));
6374                 if ((flags & PMAP_ENTER_NOREPLACE) != 0 && (va <
6375                     VM_MAXUSER_ADDRESS || (oldpde & PG_PS) != 0 ||
6376                     !pmap_every_pte_zero(oldpde & PG_FRAME))) {
6377                         if (pdpg != NULL)
6378                                 pdpg->ref_count--;
6379                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6380                             " in pmap %p", va, pmap);
6381                         return (KERN_FAILURE);
6382                 }
6383                 /* Break the existing mapping(s). */
6384                 SLIST_INIT(&free);
6385                 if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
6386                         /*
6387                          * The reference to the PD page that was acquired by
6388                          * pmap_alloc_pde() ensures that it won't be freed.
6389                          * However, if the PDE resulted from a promotion, then
6390                          * a reserved PT page could be freed.
6391                          */
6392                         (void)pmap_remove_pde(pmap, pde, va, &free, lockp);
6393                         if ((oldpde & PG_G) == 0)
6394                                 pmap_invalidate_pde_page(pmap, va, oldpde);
6395                 } else {
6396                         pmap_delayed_invl_start();
6397                         if (pmap_remove_ptes(pmap, va, va + NBPDR, pde, &free,
6398                             lockp))
6399                                pmap_invalidate_all(pmap);
6400                         pmap_delayed_invl_finish();
6401                 }
6402                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6403                         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
6404                         KASSERT(*pde == 0, ("pmap_enter_pde: non-zero pde %p",
6405                             pde));
6406                 } else {
6407                         KASSERT(SLIST_EMPTY(&free),
6408                             ("pmap_enter_pde: freed kernel page table page"));
6409
6410                         /*
6411                          * Both pmap_remove_pde() and pmap_remove_ptes() will
6412                          * leave the kernel page table page zero filled.
6413                          */
6414                         mt = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
6415                         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mt, false))
6416                                 panic("pmap_enter_pde: trie insert failed");
6417                 }
6418         }
6419
6420         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0) {
6421                 /*
6422                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
6423                  */
6424                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, newpde, flags, lockp)) {
6425                         if (pdpg != NULL)
6426                                 pmap_abort_ptp(pmap, va, pdpg);
6427                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
6428                             " in pmap %p", va, pmap);
6429                         return (KERN_RESOURCE_SHORTAGE);
6430                 }
6431                 if ((newpde & PG_RW) != 0) {
6432                         for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
6433                                 vm_page_aflag_set(mt, PGA_WRITEABLE);
6434                 }
6435         }
6436
6437         /*
6438          * Increment counters.
6439          */
6440         if ((newpde & PG_W) != 0)
6441                 pmap->pm_stats.wired_count += NBPDR / PAGE_SIZE;
6442         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6443
6444         /*
6445          * Map the superpage.  (This is not a promoted mapping; there will not
6446          * be any lingering 4KB page mappings in the TLB.)
6447          */
6448         pde_store(pde, newpde);
6449
6450         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6451         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx in pmap %p",
6452             va, pmap);
6453         return (KERN_SUCCESS);
6454 }
6455
6456 /*
6457  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
6458  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
6459  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
6460  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
6461  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
6462  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
6463  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
6464  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
6465  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
6466  * corresponding offset from m_start are mapped.
6467  */
6468 void
6469 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
6470     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
6471 {
6472         struct rwlock *lock;
6473         vm_offset_t va;
6474         vm_page_t m, mpte;
6475         vm_pindex_t diff, psize;
6476
6477         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
6478
6479         psize = atop(end - start);
6480         mpte = NULL;
6481         m = m_start;
6482         lock = NULL;
6483         PMAP_LOCK(pmap);
6484         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
6485                 va = start + ptoa(diff);
6486                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
6487                     m->psind == 1 && pmap_ps_enabled(pmap) &&
6488                     pmap_allow_2m_x_page(pmap, (prot & VM_PROT_EXECUTE) != 0) &&
6489                     pmap_enter_2mpage(pmap, va, m, prot, &lock))
6490                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
6491                 else
6492                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
6493                             mpte, &lock);
6494                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
6495         }
6496         if (lock != NULL)
6497                 rw_wunlock(lock);
6498         PMAP_UNLOCK(pmap);
6499 }
6500
6501 /*
6502  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
6503  * 1. Current pmap & pmap exists.
6504  * 2. Not wired.
6505  * 3. Read access.
6506  * 4. No page table pages.
6507  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
6508  */
6509
6510 void
6511 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
6512 {
6513         struct rwlock *lock;
6514
6515         lock = NULL;
6516         PMAP_LOCK(pmap);
6517         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
6518         if (lock != NULL)
6519                 rw_wunlock(lock);
6520         PMAP_UNLOCK(pmap);
6521 }
6522
6523 static vm_page_t
6524 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
6525     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
6526 {
6527         pt_entry_t newpte, *pte, PG_V;
6528
6529         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
6530             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
6531             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
6532         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6533         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
6534
6535         /*
6536          * In the case that a page table page is not
6537          * resident, we are creating it here.
6538          */
6539         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
6540                 vm_pindex_t ptepindex;
6541                 pd_entry_t *ptepa;
6542
6543                 /*
6544                  * Calculate pagetable page index
6545                  */
6546                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
6547                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
6548                         mpte->ref_count++;
6549                 } else {
6550                         /*
6551                          * Get the page directory entry
6552                          */
6553                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
6554
6555                         /*
6556                          * If the page table page is mapped, we just increment
6557                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
6558                          * attempt to allocate a page table page.  If this
6559                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
6560                          */
6561                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
6562                                 if (*ptepa & PG_PS)
6563                                         return (NULL);
6564                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
6565                                 mpte->ref_count++;
6566                         } else {
6567                                 /*
6568                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
6569                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
6570                                  */
6571                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
6572                                 if (mpte == NULL)
6573                                         return (mpte);
6574                         }
6575                 }
6576                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
6577                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
6578         } else {
6579                 mpte = NULL;
6580                 pte = vtopte(va);
6581         }
6582         if (*pte) {
6583                 if (mpte != NULL)
6584                         mpte->ref_count--;
6585                 return (NULL);
6586         }
6587
6588         /*
6589          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
6590          */
6591         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
6592             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
6593                 if (mpte != NULL)
6594                         pmap_abort_ptp(pmap, va, mpte);
6595                 return (NULL);
6596         }
6597
6598         /*
6599          * Increment counters
6600          */
6601         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
6602
6603         newpte = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_V |
6604             pmap_cache_bits(pmap, m->md.pat_mode, 0);
6605         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0)
6606                 newpte |= PG_MANAGED;
6607         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
6608                 newpte |= pg_nx;
6609         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
6610                 newpte |= PG_U | pmap_pkru_get(pmap, va);
6611         pte_store(pte, newpte);
6612         return (mpte);
6613 }
6614
6615 /*
6616  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
6617  * to be used for panic dumps.
6618  */
6619 void *
6620 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
6621 {
6622         vm_offset_t va;
6623
6624         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
6625         pmap_kenter(va, pa);
6626         invlpg(va);
6627         return ((void *)crashdumpmap);
6628 }
6629
6630 /*
6631  * This code maps large physical mmap regions into the
6632  * processor address space.  Note that some shortcuts
6633  * are taken, but the code works.
6634  */
6635 void
6636 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
6637     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
6638 {
6639         pd_entry_t *pde;
6640         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
6641         vm_paddr_t pa, ptepa;
6642         vm_page_t p, pdpg;
6643         int pat_mode;
6644
6645         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
6646         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
6647         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6648         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
6649
6650         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
6651         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
6652             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
6653         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
6654                 if (!pmap_ps_enabled(pmap))
6655                         return;
6656                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
6657                         return;
6658                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
6659                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6660                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6661                 pat_mode = p->md.pat_mode;
6662
6663                 /*
6664                  * Abort the mapping if the first page is not physically
6665                  * aligned to a 2MB page boundary.
6666                  */
6667                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
6668                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
6669                         return;
6670
6671                 /*
6672                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
6673                  * the pages are not physically contiguous or have differing
6674                  * memory attributes.
6675                  */
6676                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6677                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
6678                     pa += PAGE_SIZE) {
6679                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
6680                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
6681                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
6682                             pat_mode != p->md.pat_mode)
6683                                 return;
6684                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
6685                 }
6686
6687                 /*
6688                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
6689                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
6690                  * will not affect the termination of this loop.
6691                  */ 
6692                 PMAP_LOCK(pmap);
6693                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pmap, pat_mode, 1);
6694                     pa < ptepa + size; pa += NBPDR) {
6695                         pde = pmap_alloc_pde(pmap, addr, &pdpg, NULL);
6696                         if (pde == NULL) {
6697                                 /*
6698                                  * The creation of mappings below is only an
6699                                  * optimization.  If a page directory page
6700                                  * cannot be allocated without blocking,
6701                                  * continue on to the next mapping rather than
6702                                  * blocking.
6703                                  */
6704                                 addr += NBPDR;
6705                                 continue;
6706                         }
6707                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
6708                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
6709                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
6710                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
6711                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6712                         } else {
6713                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
6714                                 pdpg->ref_count--;
6715                                 KASSERT(pdpg->ref_count > 0,
6716                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
6717                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
6718                         }
6719                         addr += NBPDR;
6720                 }
6721                 PMAP_UNLOCK(pmap);
6722         }
6723 }
6724
6725 /*
6726  *      Clear the wired attribute from the mappings for the specified range of
6727  *      addresses in the given pmap.  Every valid mapping within that range
6728  *      must have the wired attribute set.  In contrast, invalid mappings
6729  *      cannot have the wired attribute set, so they are ignored.
6730  *
6731  *      The wired attribute of the page table entry is not a hardware
6732  *      feature, so there is no need to invalidate any TLB entries.
6733  *      Since pmap_demote_pde() for the wired entry must never fail,
6734  *      pmap_delayed_invl_start()/finish() calls around the
6735  *      function are not needed.
6736  */
6737 void
6738 pmap_unwire(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
6739 {
6740         vm_offset_t va_next;
6741         pml4_entry_t *pml4e;
6742         pdp_entry_t *pdpe;
6743         pd_entry_t *pde;
6744         pt_entry_t *pte, PG_V;
6745
6746         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
6747         PMAP_LOCK(pmap);
6748         for (; sva < eva; sva = va_next) {
6749                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
6750                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6751                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
6752                         if (va_next < sva)
6753                                 va_next = eva;
6754                         continue;
6755                 }
6756                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
6757                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6758                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
6759                         if (va_next < sva)
6760                                 va_next = eva;
6761                         continue;
6762                 }
6763                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
6764                 if (va_next < sva)
6765                         va_next = eva;
6766                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
6767                 if ((*pde & PG_V) == 0)
6768                         continue;
6769                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
6770                         if ((*pde & PG_W) == 0)
6771                                 panic("pmap_unwire: pde %#jx is missing PG_W",
6772                                     (uintmax_t)*pde);
6773
6774                         /*
6775                          * Are we unwiring the entire large page?  If not,
6776                          * demote the mapping and fall through.
6777                          */
6778                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
6779                                 atomic_clear_long(pde, PG_W);
6780                                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR /
6781                                     PAGE_SIZE;
6782                                 continue;
6783                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva))
6784                                 panic("pmap_unwire: demotion failed");
6785                 }
6786                 if (va_next > eva)
6787                         va_next = eva;
6788                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
6789                     sva += PAGE_SIZE) {
6790                         if ((*pte & PG_V) == 0)
6791                                 continue;
6792                         if ((*pte & PG_W) == 0)
6793                                 panic("pmap_unwire: pte %#jx is missing PG_W",
6794                                     (uintmax_t)*pte);
6795
6796                         /*
6797                          * PG_W must be cleared atomically.  Although the pmap
6798                          * lock synchronizes access to PG_W, another processor
6799                          * could be setting PG_M and/or PG_A concurrently.
6800                          */
6801                         atomic_clear_long(pte, PG_W);
6802                         pmap->pm_stats.wired_count--;
6803                 }
6804         }
6805         PMAP_UNLOCK(pmap);
6806 }
6807
6808 /*
6809  *      Copy the range specified by src_addr/len
6810  *      from the source map to the range dst_addr/len
6811  *      in the destination map.
6812  *
6813  *      This routine is only advisory and need not do anything.
6814  */
6815 void
6816 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
6817     vm_offset_t src_addr)
6818 {
6819         struct rwlock *lock;
6820         pml4_entry_t *pml4e;
6821         pdp_entry_t *pdpe;
6822         pd_entry_t *pde, srcptepaddr;
6823         pt_entry_t *dst_pte, PG_A, PG_M, PG_V, ptetemp, *src_pte;
6824         vm_offset_t addr, end_addr, va_next;
6825         vm_page_t dst_pdpg, dstmpte, srcmpte;
6826
6827         if (dst_addr != src_addr)
6828                 return;
6829
6830         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type)
6831                 return;
6832
6833         /*
6834          * EPT page table entries that require emulation of A/D bits are
6835          * sensitive to clearing the PG_A bit (aka EPT_PG_READ). Although
6836          * we clear PG_M (aka EPT_PG_WRITE) concomitantly, the PG_U bit
6837          * (aka EPT_PG_EXECUTE) could still be set. Since some EPT
6838          * implementations flag an EPT misconfiguration for exec-only
6839          * mappings we skip this function entirely for emulated pmaps.
6840          */
6841         if (pmap_emulate_ad_bits(dst_pmap))
6842                 return;
6843
6844         end_addr = src_addr + len;
6845         lock = NULL;
6846         if (dst_pmap < src_pmap) {
6847                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6848                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6849         } else {
6850                 PMAP_LOCK(src_pmap);
6851                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
6852         }
6853
6854         PG_A = pmap_accessed_bit(dst_pmap);
6855         PG_M = pmap_modified_bit(dst_pmap);
6856         PG_V = pmap_valid_bit(dst_pmap);
6857
6858         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
6859                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
6860                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
6861
6862                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
6863                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
6864                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
6865                         if (va_next < addr)
6866                                 va_next = end_addr;
6867                         continue;
6868                 }
6869
6870                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
6871                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
6872                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
6873                         if (va_next < addr)
6874                                 va_next = end_addr;
6875                         continue;
6876                 }
6877
6878                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
6879                 if (va_next < addr)
6880                         va_next = end_addr;
6881
6882                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
6883                 srcptepaddr = *pde;
6884                 if (srcptepaddr == 0)
6885                         continue;
6886                         
6887                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
6888                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
6889                                 continue;
6890                         pde = pmap_alloc_pde(dst_pmap, addr, &dst_pdpg, NULL);
6891                         if (pde == NULL)
6892                                 break;
6893                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
6894                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr,
6895                             PMAP_ENTER_NORECLAIM, &lock))) {
6896                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
6897                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR /
6898                                     PAGE_SIZE);
6899                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
6900                         } else
6901                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dst_pdpg);
6902                         continue;
6903                 }
6904
6905                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
6906                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
6907                 KASSERT(srcmpte->ref_count > 0,
6908                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
6909
6910                 if (va_next > end_addr)
6911                         va_next = end_addr;
6912
6913                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
6914                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
6915                 dstmpte = NULL;
6916                 for (; addr < va_next; addr += PAGE_SIZE, src_pte++) {
6917                         ptetemp = *src_pte;
6918
6919                         /*
6920                          * We only virtual copy managed pages.
6921                          */
6922                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) == 0)
6923                                 continue;
6924
6925                         if (dstmpte != NULL) {
6926                                 KASSERT(dstmpte->pindex ==
6927                                     pmap_pde_pindex(addr),
6928                                     ("dstmpte pindex/addr mismatch"));
6929                                 dstmpte->ref_count++;
6930                         } else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap, addr,
6931                             NULL)) == NULL)
6932                                 goto out;
6933                         dst_pte = (pt_entry_t *)
6934                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
6935                         dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
6936                         if (*dst_pte == 0 &&
6937                             pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
6938                             PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME), &lock)) {
6939                                 /*
6940                                  * Clear the wired, modified, and accessed
6941                                  * (referenced) bits during the copy.
6942                                  */
6943                                 *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M | PG_A);
6944                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
6945                         } else {
6946                                 pmap_abort_ptp(dst_pmap, addr, dstmpte);
6947                                 goto out;
6948                         }
6949                         /* Have we copied all of the valid mappings? */ 
6950                         if (dstmpte->ref_count >= srcmpte->ref_count)
6951                                 break;
6952                 }
6953         }
6954 out:
6955         if (lock != NULL)
6956                 rw_wunlock(lock);
6957         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6958         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6959 }
6960
6961 int
6962 pmap_vmspace_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
6963 {
6964         int error;
6965
6966         if (dst_pmap->pm_type != src_pmap->pm_type ||
6967             dst_pmap->pm_type != PT_X86 ||
6968             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
6969                 return (0);
6970         for (;;) {
6971                 if (dst_pmap < src_pmap) {
6972                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6973                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6974                 } else {
6975                         PMAP_LOCK(src_pmap);
6976                         PMAP_LOCK(dst_pmap);
6977                 }
6978                 error = pmap_pkru_copy(dst_pmap, src_pmap);
6979                 /* Clean up partial copy on failure due to no memory. */
6980                 if (error == ENOMEM)
6981                         pmap_pkru_deassign_all(dst_pmap);
6982                 PMAP_UNLOCK(src_pmap);
6983                 PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
6984                 if (error != ENOMEM)
6985                         break;
6986                 vm_wait(NULL);
6987         }
6988         return (error);
6989 }
6990
6991 /*
6992  * Zero the specified hardware page.
6993  */
6994 void
6995 pmap_zero_page(vm_page_t m)
6996 {
6997         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
6998
6999         pagezero((void *)va);
7000 }
7001
7002 /*
7003  * Zero an an area within a single hardware page.  off and size must not
7004  * cover an area beyond a single hardware page.
7005  */
7006 void
7007 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
7008 {
7009         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7010
7011         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
7012                 pagezero((void *)va);
7013         else
7014                 bzero((char *)va + off, size);
7015 }
7016
7017 /*
7018  * Copy 1 specified hardware page to another.
7019  */
7020 void
7021 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
7022 {
7023         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
7024         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
7025
7026         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
7027 }
7028
7029 int unmapped_buf_allowed = 1;
7030
7031 void
7032 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
7033     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
7034 {
7035         void *a_cp, *b_cp;
7036         vm_page_t pages[2];
7037         vm_offset_t vaddr[2], a_pg_offset, b_pg_offset;
7038         int cnt;
7039         boolean_t mapped;
7040
7041         while (xfersize > 0) {
7042                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
7043                 pages[0] = ma[a_offset >> PAGE_SHIFT];
7044                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
7045                 pages[1] = mb[b_offset >> PAGE_SHIFT];
7046                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
7047                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
7048                 mapped = pmap_map_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7049                 a_cp = (char *)vaddr[0] + a_pg_offset;
7050                 b_cp = (char *)vaddr[1] + b_pg_offset;
7051                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
7052                 if (__predict_false(mapped))
7053                         pmap_unmap_io_transient(pages, vaddr, 2, FALSE);
7054                 a_offset += cnt;
7055                 b_offset += cnt;
7056                 xfersize -= cnt;
7057         }
7058 }
7059
7060 /*
7061  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
7062  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
7063  * be changed upwards or downwards in the future; it
7064  * is only necessary that true be returned for a small
7065  * subset of pmaps for proper page aging.
7066  */
7067 boolean_t
7068 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
7069 {
7070         struct md_page *pvh;
7071         struct rwlock *lock;
7072         pv_entry_t pv;
7073         int loops = 0;
7074         boolean_t rv;
7075
7076         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7077             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
7078         rv = FALSE;
7079         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7080         rw_rlock(lock);
7081         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7082                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7083                         rv = TRUE;
7084                         break;
7085                 }
7086                 loops++;
7087                 if (loops >= 16)
7088                         break;
7089         }
7090         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7091                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7092                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7093                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
7094                                 rv = TRUE;
7095                                 break;
7096                         }
7097                         loops++;
7098                         if (loops >= 16)
7099                                 break;
7100                 }
7101         }
7102         rw_runlock(lock);
7103         return (rv);
7104 }
7105
7106 /*
7107  *      pmap_page_wired_mappings:
7108  *
7109  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
7110  *      that are wired.
7111  */
7112 int
7113 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
7114 {
7115         struct rwlock *lock;
7116         struct md_page *pvh;
7117         pmap_t pmap;
7118         pt_entry_t *pte;
7119         pv_entry_t pv;
7120         int count, md_gen, pvh_gen;
7121
7122         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7123                 return (0);
7124         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7125         rw_rlock(lock);
7126 restart:
7127         count = 0;
7128         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7129                 pmap = PV_PMAP(pv);
7130                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7131                         md_gen = m->md.pv_gen;
7132                         rw_runlock(lock);
7133                         PMAP_LOCK(pmap);
7134                         rw_rlock(lock);
7135                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7136                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7137                                 goto restart;
7138                         }
7139                 }
7140                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7141                 if ((*pte & PG_W) != 0)
7142                         count++;
7143                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7144         }
7145         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7146                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7147                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7148                         pmap = PV_PMAP(pv);
7149                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7150                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7151                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7152                                 rw_runlock(lock);
7153                                 PMAP_LOCK(pmap);
7154                                 rw_rlock(lock);
7155                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7156                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7157                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7158                                         goto restart;
7159                                 }
7160                         }
7161                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7162                         if ((*pte & PG_W) != 0)
7163                                 count++;
7164                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7165                 }
7166         }
7167         rw_runlock(lock);
7168         return (count);
7169 }
7170
7171 /*
7172  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
7173  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
7174  */
7175 boolean_t
7176 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
7177 {
7178         struct rwlock *lock;
7179         boolean_t rv;
7180
7181         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
7182                 return (FALSE);
7183         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7184         rw_rlock(lock);
7185         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
7186             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
7187             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
7188         rw_runlock(lock);
7189         return (rv);
7190 }
7191
7192 /*
7193  * Destroy all managed, non-wired mappings in the given user-space
7194  * pmap.  This pmap cannot be active on any processor besides the
7195  * caller.
7196  *
7197  * This function cannot be applied to the kernel pmap.  Moreover, it
7198  * is not intended for general use.  It is only to be used during
7199  * process termination.  Consequently, it can be implemented in ways
7200  * that make it faster than pmap_remove().  First, it can more quickly
7201  * destroy mappings by iterating over the pmap's collection of PV
7202  * entries, rather than searching the page table.  Second, it doesn't
7203  * have to test and clear the page table entries atomically, because
7204  * no processor is currently accessing the user address space.  In
7205  * particular, a page table entry's dirty bit won't change state once
7206  * this function starts.
7207  *
7208  * Although this function destroys all of the pmap's managed,
7209  * non-wired mappings, it can delay and batch the invalidation of TLB
7210  * entries without calling pmap_delayed_invl_start() and
7211  * pmap_delayed_invl_finish().  Because the pmap is not active on
7212  * any other processor, none of these TLB entries will ever be used
7213  * before their eventual invalidation.  Consequently, there is no need
7214  * for either pmap_remove_all() or pmap_remove_write() to wait for
7215  * that eventual TLB invalidation.
7216  */
7217 void
7218 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
7219 {
7220         pd_entry_t ptepde;
7221         pt_entry_t *pte, tpte;
7222         pt_entry_t PG_M, PG_RW, PG_V;
7223         struct spglist free;
7224         struct pv_chunklist free_chunks[PMAP_MEMDOM];
7225         vm_page_t m, mpte, mt;
7226         pv_entry_t pv;
7227         struct md_page *pvh;
7228         struct pv_chunk *pc, *npc;
7229         struct rwlock *lock;
7230         int64_t bit;
7231         uint64_t inuse, bitmask;
7232         int allfree, field, freed, i, idx;
7233         boolean_t superpage;
7234         vm_paddr_t pa;
7235
7236         /*
7237          * Assert that the given pmap is only active on the current
7238          * CPU.  Unfortunately, we cannot block another CPU from
7239          * activating the pmap while this function is executing.
7240          */
7241         KASSERT(pmap == PCPU_GET(curpmap), ("non-current pmap %p", pmap));
7242 #ifdef INVARIANTS
7243         {
7244                 cpuset_t other_cpus;
7245
7246                 other_cpus = all_cpus;
7247                 critical_enter();
7248                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
7249                 CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
7250                 critical_exit();
7251                 KASSERT(CPU_EMPTY(&other_cpus), ("pmap active %p", pmap));
7252         }
7253 #endif
7254
7255         lock = NULL;
7256         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7257         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7258         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7259
7260         for (i = 0; i < PMAP_MEMDOM; i++)
7261                 TAILQ_INIT(&free_chunks[i]);
7262         SLIST_INIT(&free);
7263         PMAP_LOCK(pmap);
7264         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
7265                 allfree = 1;
7266                 freed = 0;
7267                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
7268                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
7269                         while (inuse != 0) {
7270                                 bit = bsfq(inuse);
7271                                 bitmask = 1UL << bit;
7272                                 idx = field * 64 + bit;
7273                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
7274                                 inuse &= ~bitmask;
7275
7276                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
7277                                 ptepde = *pte;
7278                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
7279                                 tpte = *pte;
7280                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7281                                         superpage = FALSE;
7282                                         ptepde = tpte;
7283                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
7284                                             PG_FRAME);
7285                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
7286                                         tpte = *pte;
7287                                 } else {
7288                                         /*
7289                                          * Keep track whether 'tpte' is a
7290                                          * superpage explicitly instead of
7291                                          * relying on PG_PS being set.
7292                                          *
7293                                          * This is because PG_PS is numerically
7294                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
7295                                          * regular page could be mistaken for
7296                                          * a superpage.
7297                                          */
7298                                         superpage = TRUE;
7299                                 }
7300
7301                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
7302                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
7303                                             pv->pv_va, tpte);
7304                                 }
7305
7306 /*
7307  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
7308  */
7309                                 if (tpte & PG_W) {
7310                                         allfree = 0;
7311                                         continue;
7312                                 }
7313
7314                                 if (superpage)
7315                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
7316                                 else
7317                                         pa = tpte & PG_FRAME;
7318
7319                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
7320                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
7321                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
7322                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
7323                                     (uintmax_t)tpte));
7324
7325                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
7326                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
7327                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
7328                                     (uintmax_t)tpte));
7329
7330                                 pte_clear(pte);
7331
7332                                 /*
7333                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
7334                                  */
7335                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7336                                         if (superpage) {
7337                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7338                                                         vm_page_dirty(mt);
7339                                         } else
7340                                                 vm_page_dirty(m);
7341                                 }
7342
7343                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
7344
7345                                 /* Mark free */
7346                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
7347                                 if (superpage) {
7348                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
7349                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
7350                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7351                                         pvh->pv_gen++;
7352                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
7353                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
7354                                                         if ((mt->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7355                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
7356                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
7357                                         }
7358                                         mpte = pmap_remove_pt_page(pmap, pv->pv_va);
7359                                         if (mpte != NULL) {
7360                                                 KASSERT(mpte->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
7361                                                     ("pmap_remove_pages: pte page not promoted"));
7362                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7363                                                 KASSERT(mpte->ref_count == NPTEPG,
7364                                                     ("pmap_remove_pages: pte page reference count error"));
7365                                                 mpte->ref_count = 0;
7366                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
7367                                         }
7368                                 } else {
7369                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
7370                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7371                                         m->md.pv_gen++;
7372                                         if ((m->a.flags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
7373                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
7374                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7375                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7376                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
7377                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7378                                         }
7379                                 }
7380                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
7381                                 freed++;
7382                         }
7383                 }
7384                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
7385                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
7386                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
7387                 if (allfree) {
7388                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
7389                         TAILQ_INSERT_TAIL(&free_chunks[pc_to_domain(pc)], pc, pc_list);
7390                 }
7391         }
7392         if (lock != NULL)
7393                 rw_wunlock(lock);
7394         pmap_invalidate_all(pmap);
7395         pmap_pkru_deassign_all(pmap);
7396         free_pv_chunk_batch((struct pv_chunklist *)&free_chunks);
7397         PMAP_UNLOCK(pmap);
7398         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7399 }
7400
7401 static boolean_t
7402 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, boolean_t accessed, boolean_t modified)
7403 {
7404         struct rwlock *lock;
7405         pv_entry_t pv;
7406         struct md_page *pvh;
7407         pt_entry_t *pte, mask;
7408         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
7409         pmap_t pmap;
7410         int md_gen, pvh_gen;
7411         boolean_t rv;
7412
7413         rv = FALSE;
7414         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7415         rw_rlock(lock);
7416 restart:
7417         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7418                 pmap = PV_PMAP(pv);
7419                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7420                         md_gen = m->md.pv_gen;
7421                         rw_runlock(lock);
7422                         PMAP_LOCK(pmap);
7423                         rw_rlock(lock);
7424                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
7425                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7426                                 goto restart;
7427                         }
7428                 }
7429                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
7430                 mask = 0;
7431                 if (modified) {
7432                         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7433                         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7434                         mask |= PG_RW | PG_M;
7435                 }
7436                 if (accessed) {
7437                         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7438                         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7439                         mask |= PG_V | PG_A;
7440                 }
7441                 rv = (*pte & mask) == mask;
7442                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7443                 if (rv)
7444                         goto out;
7445         }
7446         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
7447                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7448                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
7449                         pmap = PV_PMAP(pv);
7450                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7451                                 md_gen = m->md.pv_gen;
7452                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
7453                                 rw_runlock(lock);
7454                                 PMAP_LOCK(pmap);
7455                                 rw_rlock(lock);
7456                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
7457                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7458                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7459                                         goto restart;
7460                                 }
7461                         }
7462                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7463                         mask = 0;
7464                         if (modified) {
7465                                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7466                                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7467                                 mask |= PG_RW | PG_M;
7468                         }
7469                         if (accessed) {
7470                                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7471                                 PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7472                                 mask |= PG_V | PG_A;
7473                         }
7474                         rv = (*pte & mask) == mask;
7475                         PMAP_UNLOCK(pmap);
7476                         if (rv)
7477                                 goto out;
7478                 }
7479         }
7480 out:
7481         rw_runlock(lock);
7482         return (rv);
7483 }
7484
7485 /*
7486  *      pmap_is_modified:
7487  *
7488  *      Return whether or not the specified physical page was modified
7489  *      in any physical maps.
7490  */
7491 boolean_t
7492 pmap_is_modified(vm_page_t m)
7493 {
7494
7495         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7496             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
7497
7498         /*
7499          * If the page is not busied then this check is racy.
7500          */
7501         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7502                 return (FALSE);
7503         return (pmap_page_test_mappings(m, FALSE, TRUE));
7504 }
7505
7506 /*
7507  *      pmap_is_prefaultable:
7508  *
7509  *      Return whether or not the specified virtual address is eligible
7510  *      for prefault.
7511  */
7512 boolean_t
7513 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
7514 {
7515         pd_entry_t *pde;
7516         pt_entry_t *pte, PG_V;
7517         boolean_t rv;
7518
7519         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7520         rv = FALSE;
7521         PMAP_LOCK(pmap);
7522         pde = pmap_pde(pmap, addr);
7523         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
7524                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
7525                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
7526         }
7527         PMAP_UNLOCK(pmap);
7528         return (rv);
7529 }
7530
7531 /*
7532  *      pmap_is_referenced:
7533  *
7534  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
7535  *      in any physical maps.
7536  */
7537 boolean_t
7538 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
7539 {
7540
7541         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7542             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
7543         return (pmap_page_test_mappings(m, TRUE, FALSE));
7544 }
7545
7546 /*
7547  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
7548  */
7549 void
7550 pmap_remove_write(vm_page_t m)
7551 {
7552         struct md_page *pvh;
7553         pmap_t pmap;
7554         struct rwlock *lock;
7555         pv_entry_t next_pv, pv;
7556         pd_entry_t *pde;
7557         pt_entry_t oldpte, *pte, PG_M, PG_RW;
7558         vm_offset_t va;
7559         int pvh_gen, md_gen;
7560
7561         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7562             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
7563
7564         vm_page_assert_busied(m);
7565         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
7566                 return;
7567
7568         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
7569         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
7570             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
7571 retry_pv_loop:
7572         rw_wlock(lock);
7573         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
7574                 pmap = PV_PMAP(pv);
7575                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7576                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7577                         rw_wunlock(lock);
7578                         PMAP_LOCK(pmap);
7579                         rw_wlock(lock);
7580                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7581                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7582                                 rw_wunlock(lock);
7583                                 goto retry_pv_loop;
7584                         }
7585                 }
7586                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7587                 va = pv->pv_va;
7588                 pde = pmap_pde(pmap, va);
7589                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
7590                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
7591                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7592                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7593                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7594                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7595         }
7596         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
7597                 pmap = PV_PMAP(pv);
7598                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7599                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7600                         md_gen = m->md.pv_gen;
7601                         rw_wunlock(lock);
7602                         PMAP_LOCK(pmap);
7603                         rw_wlock(lock);
7604                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
7605                             md_gen != m->md.pv_gen) {
7606                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7607                                 rw_wunlock(lock);
7608                                 goto retry_pv_loop;
7609                         }
7610                 }
7611                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7612                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7613                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7614                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7615                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
7616                     m));
7617                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7618 retry:
7619                 oldpte = *pte;
7620                 if (oldpte & PG_RW) {
7621                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
7622                             ~(PG_RW | PG_M)))
7623                                 goto retry;
7624                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
7625                                 vm_page_dirty(m);
7626                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7627                 }
7628                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7629         }
7630         rw_wunlock(lock);
7631         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
7632         pmap_delayed_invl_wait(m);
7633 }
7634
7635 static __inline boolean_t
7636 safe_to_clear_referenced(pmap_t pmap, pt_entry_t pte)
7637 {
7638
7639         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7640                 return (TRUE);
7641
7642         KASSERT(pmap->pm_type == PT_EPT, ("invalid pm_type %d", pmap->pm_type));
7643
7644         /*
7645          * XWR = 010 or 110 will cause an unconditional EPT misconfiguration
7646          * so we don't let the referenced (aka EPT_PG_READ) bit to be cleared
7647          * if the EPT_PG_WRITE bit is set.
7648          */
7649         if ((pte & EPT_PG_WRITE) != 0)
7650                 return (FALSE);
7651
7652         /*
7653          * XWR = 100 is allowed only if the PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY is set.
7654          */
7655         if ((pte & EPT_PG_EXECUTE) == 0 ||
7656             ((pmap->pm_flags & PMAP_SUPPORTS_EXEC_ONLY) != 0))
7657                 return (TRUE);
7658         else
7659                 return (FALSE);
7660 }
7661
7662 /*
7663  *      pmap_ts_referenced:
7664  *
7665  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
7666  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
7667  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
7668  *      reference bits set.
7669  *
7670  *      As an optimization, update the page's dirty field if a modified bit is
7671  *      found while counting reference bits.  This opportunistic update can be
7672  *      performed at low cost and can eliminate the need for some future calls
7673  *      to pmap_is_modified().  However, since this function stops after
7674  *      finding PMAP_TS_REFERENCED_MAX reference bits, it may not detect some
7675  *      dirty pages.  Those dirty pages will only be detected by a future call
7676  *      to pmap_is_modified().
7677  *
7678  *      A DI block is not needed within this function, because
7679  *      invalidations are performed before the PV list lock is
7680  *      released.
7681  */
7682 int
7683 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
7684 {
7685         struct md_page *pvh;
7686         pv_entry_t pv, pvf;
7687         pmap_t pmap;
7688         struct rwlock *lock;
7689         pd_entry_t oldpde, *pde;
7690         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW;
7691         vm_offset_t va;
7692         vm_paddr_t pa;
7693         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
7694         struct spglist free;
7695         boolean_t demoted;
7696
7697         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
7698             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
7699         SLIST_INIT(&free);
7700         cleared = 0;
7701         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
7702         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
7703         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy : pa_to_pvh(pa);
7704         rw_wlock(lock);
7705 retry:
7706         not_cleared = 0;
7707         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
7708                 goto small_mappings;
7709         pv = pvf;
7710         do {
7711                 if (pvf == NULL)
7712                         pvf = pv;
7713                 pmap = PV_PMAP(pv);
7714                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7715                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7716                         rw_wunlock(lock);
7717                         PMAP_LOCK(pmap);
7718                         rw_wlock(lock);
7719                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
7720                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7721                                 goto retry;
7722                         }
7723                 }
7724                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7725                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7726                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7727                 va = pv->pv_va;
7728                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7729                 oldpde = *pde;
7730                 if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7731                         /*
7732                          * Although "oldpde" is mapping a 2MB page, because
7733                          * this function is called at a 4KB page granularity,
7734                          * we only update the 4KB page under test.
7735                          */
7736                         vm_page_dirty(m);
7737                 }
7738                 if ((oldpde & PG_A) != 0) {
7739                         /*
7740                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
7741                          * pages, it should not be cleared every time it is
7742                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
7743                          * physical page number, the virtual superpage number,
7744                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
7745                          * the 512 on which testing the reference bit will
7746                          * result in clearing that reference bit.  This
7747                          * function is designed to avoid the selection of the
7748                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
7749                          *
7750                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
7751                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
7752                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
7753                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
7754                          * since the superpage is wired, the current state of
7755                          * its reference bit won't affect page replacement.
7756                          */
7757                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
7758                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
7759                             (oldpde & PG_W) == 0) {
7760                                 if (safe_to_clear_referenced(pmap, oldpde)) {
7761                                         atomic_clear_long(pde, PG_A);
7762                                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7763                                         demoted = FALSE;
7764                                 } else if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde,
7765                                     pv->pv_va, &lock)) {
7766                                         /*
7767                                          * Remove the mapping to a single page
7768                                          * so that a subsequent access may
7769                                          * repromote.  Since the underlying
7770                                          * page table page is fully populated,
7771                                          * this removal never frees a page
7772                                          * table page.
7773                                          */
7774                                         demoted = TRUE;
7775                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
7776                                             PG_PS_FRAME);
7777                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7778                                         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde,
7779                                             NULL, &lock);
7780                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
7781                                 } else
7782                                         demoted = TRUE;
7783
7784                                 if (demoted) {
7785                                         /*
7786                                          * The superpage mapping was removed
7787                                          * entirely and therefore 'pv' is no
7788                                          * longer valid.
7789                                          */
7790                                         if (pvf == pv)
7791                                                 pvf = NULL;
7792                                         pv = NULL;
7793                                 }
7794                                 cleared++;
7795                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7796                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7797                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7798                         } else
7799                                 not_cleared++;
7800                 }
7801                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7802                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7803                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7804                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7805                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
7806                         pvh->pv_gen++;
7807                 }
7808                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
7809                         goto out;
7810         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
7811 small_mappings:
7812         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
7813                 goto out;
7814         pv = pvf;
7815         do {
7816                 if (pvf == NULL)
7817                         pvf = pv;
7818                 pmap = PV_PMAP(pv);
7819                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
7820                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
7821                         md_gen = m->md.pv_gen;
7822                         rw_wunlock(lock);
7823                         PMAP_LOCK(pmap);
7824                         rw_wlock(lock);
7825                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
7826                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7827                                 goto retry;
7828                         }
7829                 }
7830                 PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7831                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7832                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7833                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
7834                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
7835                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
7836                     m));
7837                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
7838                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
7839                         vm_page_dirty(m);
7840                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
7841                         if (safe_to_clear_referenced(pmap, *pte)) {
7842                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7843                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7844                                 cleared++;
7845                         } else if ((*pte & PG_W) == 0) {
7846                                 /*
7847                                  * Wired pages cannot be paged out so
7848                                  * doing accessed bit emulation for
7849                                  * them is wasted effort. We do the
7850                                  * hard work for unwired pages only.
7851                                  */
7852                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, pv->pv_va,
7853                                     *pde, &free, &lock);
7854                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
7855                                 cleared++;
7856                                 if (pvf == pv)
7857                                         pvf = NULL;
7858                                 pv = NULL;
7859                                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
7860                                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
7861                                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
7862                         } else
7863                                 not_cleared++;
7864                 }
7865                 PMAP_UNLOCK(pmap);
7866                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
7867                 if (pv != NULL && TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
7868                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7869                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
7870                         m->md.pv_gen++;
7871                 }
7872         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
7873             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
7874 out:
7875         rw_wunlock(lock);
7876         vm_page_free_pages_toq(&free, true);
7877         return (cleared + not_cleared);
7878 }
7879
7880 /*
7881  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
7882  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
7883  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
7884  */
7885 void
7886 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
7887 {
7888         struct rwlock *lock;
7889         pml4_entry_t *pml4e;
7890         pdp_entry_t *pdpe;
7891         pd_entry_t oldpde, *pde;
7892         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_G, PG_M, PG_RW, PG_V;
7893         vm_offset_t va, va_next;
7894         vm_page_t m;
7895         bool anychanged;
7896
7897         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
7898                 return;
7899
7900         /*
7901          * A/D bit emulation requires an alternate code path when clearing
7902          * the modified and accessed bits below. Since this function is
7903          * advisory in nature we skip it entirely for pmaps that require
7904          * A/D bit emulation.
7905          */
7906         if (pmap_emulate_ad_bits(pmap))
7907                 return;
7908
7909         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
7910         PG_G = pmap_global_bit(pmap);
7911         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
7912         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
7913         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
7914         anychanged = false;
7915         pmap_delayed_invl_start();
7916         PMAP_LOCK(pmap);
7917         for (; sva < eva; sva = va_next) {
7918                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
7919                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
7920                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
7921                         if (va_next < sva)
7922                                 va_next = eva;
7923                         continue;
7924                 }
7925                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
7926                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
7927                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
7928                         if (va_next < sva)
7929                                 va_next = eva;
7930                         continue;
7931                 }
7932                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
7933                 if (va_next < sva)
7934                         va_next = eva;
7935                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
7936                 oldpde = *pde;
7937                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
7938                         continue;
7939                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
7940                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
7941                                 continue;
7942                         lock = NULL;
7943                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
7944                                 if (lock != NULL)
7945                                         rw_wunlock(lock);
7946
7947                                 /*
7948                                  * The large page mapping was destroyed.
7949                                  */
7950                                 continue;
7951                         }
7952
7953                         /*
7954                          * Unless the page mappings are wired, remove the
7955                          * mapping to a single page so that a subsequent
7956                          * access may repromote.  Choosing the last page
7957                          * within the address range [sva, min(va_next, eva))
7958                          * generally results in more repromotions.  Since the
7959                          * underlying page table page is fully populated, this
7960                          * removal never frees a page table page.
7961                          */
7962                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
7963                                 va = eva;
7964                                 if (va > va_next)
7965                                         va = va_next;
7966                                 va -= PAGE_SIZE;
7967                                 KASSERT(va >= sva,
7968                                     ("pmap_advise: no address gap"));
7969                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
7970                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
7971                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
7972                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, NULL,
7973                                     &lock);
7974                                 anychanged = true;
7975                         }
7976                         if (lock != NULL)
7977                                 rw_wunlock(lock);
7978                 }
7979                 if (va_next > eva)
7980                         va_next = eva;
7981                 va = va_next;
7982                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
7983                     sva += PAGE_SIZE) {
7984                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED | PG_V))
7985                                 goto maybe_invlrng;
7986                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
7987                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
7988                                         /*
7989                                          * Future calls to pmap_is_modified()
7990                                          * can be avoided by making the page
7991                                          * dirty now.
7992                                          */
7993                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
7994                                         vm_page_dirty(m);
7995                                 }
7996                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
7997                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
7998                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
7999                         else
8000                                 goto maybe_invlrng;
8001
8002                         if ((*pte & PG_G) != 0) {
8003                                 if (va == va_next)
8004                                         va = sva;
8005                         } else
8006                                 anychanged = true;
8007                         continue;
8008 maybe_invlrng:
8009                         if (va != va_next) {
8010                                 pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8011                                 va = va_next;
8012                         }
8013                 }
8014                 if (va != va_next)
8015                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
8016         }
8017         if (anychanged)
8018                 pmap_invalidate_all(pmap);
8019         PMAP_UNLOCK(pmap);
8020         pmap_delayed_invl_finish();
8021 }
8022
8023 /*
8024  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
8025  */
8026 void
8027 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
8028 {
8029         struct md_page *pvh;
8030         pmap_t pmap;
8031         pv_entry_t next_pv, pv;
8032         pd_entry_t oldpde, *pde;
8033         pt_entry_t *pte, PG_M, PG_RW;
8034         struct rwlock *lock;
8035         vm_offset_t va;
8036         int md_gen, pvh_gen;
8037
8038         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
8039             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
8040         vm_page_assert_busied(m);
8041
8042         if (!pmap_page_is_write_mapped(m))
8043                 return;
8044         pvh = (m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ? &pv_dummy :
8045             pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
8046         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
8047         rw_wlock(lock);
8048 restart:
8049         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
8050                 pmap = PV_PMAP(pv);
8051                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8052                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8053                         rw_wunlock(lock);
8054                         PMAP_LOCK(pmap);
8055                         rw_wlock(lock);
8056                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
8057                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8058                                 goto restart;
8059                         }
8060                 }
8061                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8062                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8063                 va = pv->pv_va;
8064                 pde = pmap_pde(pmap, va);
8065                 oldpde = *pde;
8066                 /* If oldpde has PG_RW set, then it also has PG_M set. */
8067                 if ((oldpde & PG_RW) != 0 &&
8068                     pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock) &&
8069                     (oldpde & PG_W) == 0) {
8070                         /*
8071                          * Write protect the mapping to a single page so that
8072                          * a subsequent write access may repromote.
8073                          */
8074                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde & PG_PS_FRAME);
8075                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
8076                         atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_RW);
8077                         vm_page_dirty(m);
8078                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
8079                 }
8080                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8081         }
8082         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
8083                 pmap = PV_PMAP(pv);
8084                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
8085                         md_gen = m->md.pv_gen;
8086                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
8087                         rw_wunlock(lock);
8088                         PMAP_LOCK(pmap);
8089                         rw_wlock(lock);
8090                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
8091                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8092                                 goto restart;
8093                         }
8094                 }
8095                 PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8096                 PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8097                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
8098                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
8099                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
8100                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
8101                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
8102                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
8103                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
8104                 }
8105                 PMAP_UNLOCK(pmap);
8106         }
8107         rw_wunlock(lock);
8108 }
8109
8110 /*
8111  * Miscellaneous support routines follow
8112  */
8113
8114 /* Adjust the properties for a leaf page table entry. */
8115 static __inline void
8116 pmap_pte_props(pt_entry_t *pte, u_long bits, u_long mask)
8117 {
8118         u_long opte, npte;
8119
8120         opte = *(u_long *)pte;
8121         do {
8122                 npte = opte & ~mask;
8123                 npte |= bits;
8124         } while (npte != opte && !atomic_fcmpset_long((u_long *)pte, &opte,
8125             npte));
8126 }
8127
8128 /*
8129  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
8130  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
8131  * routine is intended to be used for mapping device memory,
8132  * NOT real memory.
8133  */
8134 static void *
8135 pmap_mapdev_internal(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode, int flags)
8136 {
8137         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8138         vm_offset_t va, offset;
8139         vm_size_t tmpsize;
8140         int i;
8141
8142         offset = pa & PAGE_MASK;
8143         size = round_page(offset + size);
8144         pa = trunc_page(pa);
8145
8146         if (!pmap_initialized) {
8147                 va = 0;
8148                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8149                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8150                         if (ppim->va == 0) {
8151                                 ppim->pa = pa;
8152                                 ppim->sz = size;
8153                                 ppim->mode = mode;
8154                                 ppim->va = virtual_avail;
8155                                 virtual_avail += size;
8156                                 va = ppim->va;
8157                                 break;
8158                         }
8159                 }
8160                 if (va == 0)
8161                         panic("%s: too many preinit mappings", __func__);
8162         } else {
8163                 /*
8164                  * If we have a preinit mapping, re-use it.
8165                  */
8166                 for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8167                         ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8168                         if (ppim->pa == pa && ppim->sz == size &&
8169                             (ppim->mode == mode ||
8170                             (flags & MAPDEV_SETATTR) == 0))
8171                                 return ((void *)(ppim->va + offset));
8172                 }
8173                 /*
8174                  * If the specified range of physical addresses fits within
8175                  * the direct map window, use the direct map.
8176                  */
8177                 if (pa < dmaplimit && pa + size <= dmaplimit) {
8178                         va = PHYS_TO_DMAP(pa);
8179                         if ((flags & MAPDEV_SETATTR) != 0) {
8180                                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8181                                 i = pmap_change_props_locked(va, size,
8182                                     PROT_NONE, mode, flags);
8183                                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8184                         } else
8185                                 i = 0;
8186                         if (!i)
8187                                 return ((void *)(va + offset));
8188                 }
8189                 va = kva_alloc(size);
8190                 if (va == 0)
8191                         panic("%s: Couldn't allocate KVA", __func__);
8192         }
8193         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
8194                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
8195         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
8196         if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8197                 pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
8198         return ((void *)(va + offset));
8199 }
8200
8201 void *
8202 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
8203 {
8204
8205         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, mode, MAPDEV_FLUSHCACHE |
8206             MAPDEV_SETATTR));
8207 }
8208
8209 void *
8210 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8211 {
8212
8213         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
8214 }
8215
8216 void *
8217 pmap_mapdev_pciecfg(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8218 {
8219
8220         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_UNCACHEABLE,
8221             MAPDEV_SETATTR));
8222 }
8223
8224 void *
8225 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
8226 {
8227
8228         return (pmap_mapdev_internal(pa, size, PAT_WRITE_BACK,
8229             MAPDEV_FLUSHCACHE));
8230 }
8231
8232 void
8233 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
8234 {
8235         struct pmap_preinit_mapping *ppim;
8236         vm_offset_t offset;
8237         int i;
8238
8239         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
8240         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
8241                 return;
8242         offset = va & PAGE_MASK;
8243         size = round_page(offset + size);
8244         va = trunc_page(va);
8245         for (i = 0; i < PMAP_PREINIT_MAPPING_COUNT; i++) {
8246                 ppim = pmap_preinit_mapping + i;
8247                 if (ppim->va == va && ppim->sz == size) {
8248                         if (pmap_initialized)
8249                                 return;
8250                         ppim->pa = 0;
8251                         ppim->va = 0;
8252                         ppim->sz = 0;
8253                         ppim->mode = 0;
8254                         if (va + size == virtual_avail)
8255                                 virtual_avail = va;
8256                         return;
8257                 }
8258         }
8259         if (pmap_initialized)
8260                 kva_free(va, size);
8261 }
8262
8263 /*
8264  * Tries to demote a 1GB page mapping.
8265  */
8266 static boolean_t
8267 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
8268 {
8269         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
8270         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
8271         pt_entry_t PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8272         vm_paddr_t pdpgpa;
8273         vm_page_t pdpg;
8274
8275         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8276         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8277         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8278         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8279
8280         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
8281         oldpdpe = *pdpe;
8282         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
8283             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
8284         if ((pdpg = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
8285             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
8286                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
8287                     " in pmap %p", va, pmap);
8288                 return (FALSE);
8289         }
8290         pdpgpa = VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg);
8291         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pdpgpa);
8292         newpdpe = pdpgpa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
8293         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
8294             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
8295         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
8296             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
8297         newpde = oldpdpe;
8298
8299         /*
8300          * Initialize the page directory page.
8301          */
8302         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
8303                 *pde = newpde;
8304                 newpde += NBPDR;
8305         }
8306
8307         /*
8308          * Demote the mapping.
8309          */
8310         *pdpe = newpdpe;
8311
8312         /*
8313          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
8314          */
8315         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
8316
8317         pmap_pdpe_demotions++;
8318         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
8319             " in pmap %p", va, pmap);
8320         return (TRUE);
8321 }
8322
8323 /*
8324  * Sets the memory attribute for the specified page.
8325  */
8326 void
8327 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
8328 {
8329
8330         m->md.pat_mode = ma;
8331
8332         /*
8333          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
8334          * can be relied upon to perform any cache operations that are
8335          * required for data coherence.
8336          */
8337         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
8338             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
8339             m->md.pat_mode))
8340                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
8341 }
8342
8343 /*
8344  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
8345  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
8346  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
8347  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
8348  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
8349  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
8350  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
8351  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
8352  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
8353  * same physical page have different memory types.
8354  *
8355  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
8356  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
8357  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
8358  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
8359  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
8360  * virtual address range or the direct map.
8361  */
8362 int
8363 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
8364 {
8365         int error;
8366
8367         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8368         error = pmap_change_props_locked(va, size, PROT_NONE, mode,
8369             MAPDEV_FLUSHCACHE);
8370         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8371         return (error);
8372 }
8373
8374 /*
8375  * Changes the specified virtual address range's protections to those
8376  * specified by "prot".  Like pmap_change_attr(), protections for aliases
8377  * in the direct map are updated as well.  Protections on aliasing mappings may
8378  * be a subset of the requested protections; for example, mappings in the direct
8379  * map are never executable.
8380  */
8381 int
8382 pmap_change_prot(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot)
8383 {
8384         int error;
8385
8386         /* Only supported within the kernel map. */
8387         if (va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS)
8388                 return (EINVAL);
8389
8390         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8391         error = pmap_change_props_locked(va, size, prot, -1,
8392             MAPDEV_ASSERTVALID);
8393         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8394         return (error);
8395 }
8396
8397 static int
8398 pmap_change_props_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, vm_prot_t prot,
8399     int mode, int flags)
8400 {
8401         vm_offset_t base, offset, tmpva;
8402         vm_paddr_t pa_start, pa_end, pa_end1;
8403         pdp_entry_t *pdpe;
8404         pd_entry_t *pde, pde_bits, pde_mask;
8405         pt_entry_t *pte, pte_bits, pte_mask;
8406         int error;
8407         bool changed;
8408
8409         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
8410         base = trunc_page(va);
8411         offset = va & PAGE_MASK;
8412         size = round_page(offset + size);
8413
8414         /*
8415          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
8416          * map but excluding the recursive map.
8417          */
8418         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
8419                 return (EINVAL);
8420
8421         /*
8422          * Construct our flag sets and masks.  "bits" is the subset of
8423          * "mask" that will be set in each modified PTE.
8424          *
8425          * Mappings in the direct map are never allowed to be executable.
8426          */
8427         pde_bits = pte_bits = 0;
8428         pde_mask = pte_mask = 0;
8429         if (mode != -1) {
8430                 pde_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, true);
8431                 pde_mask |= X86_PG_PDE_CACHE;
8432                 pte_bits |= pmap_cache_bits(kernel_pmap, mode, false);
8433                 pte_mask |= X86_PG_PTE_CACHE;
8434         }
8435         if (prot != VM_PROT_NONE) {
8436                 if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0) {
8437                         pde_bits |= X86_PG_RW;
8438                         pte_bits |= X86_PG_RW;
8439                 }
8440                 if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0 ||
8441                     va < VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
8442                         pde_bits |= pg_nx;
8443                         pte_bits |= pg_nx;
8444                 }
8445                 pde_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8446                 pte_mask |= X86_PG_RW | pg_nx;
8447         }
8448
8449         /*
8450          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
8451          * into 4KB pages if required.
8452          */
8453         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8454                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8455                 if (pdpe == NULL || *pdpe == 0) {
8456                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8457                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8458                         return (EINVAL);
8459                 }
8460                 if (*pdpe & PG_PS) {
8461                         /*
8462                          * If the current 1GB page already has the required
8463                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8464                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
8465                          */
8466                         if ((*pdpe & pde_mask) == pde_bits) {
8467                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8468                                 continue;
8469                         }
8470
8471                         /*
8472                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
8473                          * and there is at least 1GB left within the range, then
8474                          * we need not break down this page into 2MB pages.
8475                          */
8476                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
8477                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
8478                                 tmpva += NBPDP;
8479                                 continue;
8480                         }
8481                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
8482                                 return (ENOMEM);
8483                 }
8484                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8485                 if (*pde == 0) {
8486                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8487                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8488                         return (EINVAL);
8489                 }
8490                 if (*pde & PG_PS) {
8491                         /*
8492                          * If the current 2MB page already has the required
8493                          * properties, then we need not demote this page.  Just
8494                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
8495                          */
8496                         if ((*pde & pde_mask) == pde_bits) {
8497                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8498                                 continue;
8499                         }
8500
8501                         /*
8502                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
8503                          * and there is at least 2MB left within the range, then
8504                          * we need not break down this page into 4KB pages.
8505                          */
8506                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
8507                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
8508                                 tmpva += NBPDR;
8509                                 continue;
8510                         }
8511                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
8512                                 return (ENOMEM);
8513                 }
8514                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8515                 if (*pte == 0) {
8516                         KASSERT((flags & MAPDEV_ASSERTVALID) == 0,
8517                             ("%s: addr %#lx is not mapped", __func__, tmpva));
8518                         return (EINVAL);
8519                 }
8520                 tmpva += PAGE_SIZE;
8521         }
8522         error = 0;
8523
8524         /*
8525          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
8526          * properties if required.
8527          */
8528         changed = false;
8529         pa_start = pa_end = 0;
8530         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
8531                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
8532                 if (*pdpe & PG_PS) {
8533                         if ((*pdpe & pde_mask) != pde_bits) {
8534                                 pmap_pte_props(pdpe, pde_bits, pde_mask);
8535                                 changed = true;
8536                         }
8537                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8538                             (*pdpe & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8539                                 if (pa_start == pa_end) {
8540                                         /* Start physical address run. */
8541                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8542                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8543                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
8544                                         pa_end += NBPDP;
8545                                 else {
8546                                         /* Run ended, update direct map. */
8547                                         error = pmap_change_props_locked(
8548                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8549                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8550                                             flags);
8551                                         if (error != 0)
8552                                                 break;
8553                                         /* Start physical address run. */
8554                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
8555                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
8556                                 }
8557                         }
8558                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
8559                         continue;
8560                 }
8561                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
8562                 if (*pde & PG_PS) {
8563                         if ((*pde & pde_mask) != pde_bits) {
8564                                 pmap_pte_props(pde, pde_bits, pde_mask);
8565                                 changed = true;
8566                         }
8567                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8568                             (*pde & PG_PS_FRAME) < dmaplimit) {
8569                                 if (pa_start == pa_end) {
8570                                         /* Start physical address run. */
8571                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8572                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8573                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
8574                                         pa_end += NBPDR;
8575                                 else {
8576                                         /* Run ended, update direct map. */
8577                                         error = pmap_change_props_locked(
8578                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8579                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8580                                             flags);
8581                                         if (error != 0)
8582                                                 break;
8583                                         /* Start physical address run. */
8584                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
8585                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
8586                                 }
8587                         }
8588                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
8589                 } else {
8590                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
8591                         if ((*pte & pte_mask) != pte_bits) {
8592                                 pmap_pte_props(pte, pte_bits, pte_mask);
8593                                 changed = true;
8594                         }
8595                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS &&
8596                             (*pte & PG_FRAME) < dmaplimit) {
8597                                 if (pa_start == pa_end) {
8598                                         /* Start physical address run. */
8599                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8600                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8601                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
8602                                         pa_end += PAGE_SIZE;
8603                                 else {
8604                                         /* Run ended, update direct map. */
8605                                         error = pmap_change_props_locked(
8606                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8607                                             pa_end - pa_start, prot, mode,
8608                                             flags);
8609                                         if (error != 0)
8610                                                 break;
8611                                         /* Start physical address run. */
8612                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
8613                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
8614                                 }
8615                         }
8616                         tmpva += PAGE_SIZE;
8617                 }
8618         }
8619         if (error == 0 && pa_start != pa_end && pa_start < dmaplimit) {
8620                 pa_end1 = MIN(pa_end, dmaplimit);
8621                 if (pa_start != pa_end1)
8622                         error = pmap_change_props_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
8623                             pa_end1 - pa_start, prot, mode, flags);
8624         }
8625
8626         /*
8627          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
8628          * shouldn't be, etc.
8629          */
8630         if (changed) {
8631                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
8632                 if ((flags & MAPDEV_FLUSHCACHE) != 0)
8633                         pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
8634         }
8635         return (error);
8636 }
8637
8638 /*
8639  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
8640  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
8641  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
8642  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
8643  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
8644  */
8645 void
8646 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
8647 {
8648         pdp_entry_t *pdpe;
8649         pd_entry_t *pde;
8650         vm_offset_t va;
8651         boolean_t changed;
8652
8653         if (len == 0)
8654                 return;
8655         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
8656         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
8657             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
8658         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
8659                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
8660                 changed = FALSE;
8661                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
8662                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
8663                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0)
8664                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
8665                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
8666                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
8667                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
8668                         changed = TRUE;
8669                 }
8670                 if (len < NBPDR) {
8671                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
8672                         if ((*pde & X86_PG_V) == 0)
8673                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
8674                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
8675                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
8676                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
8677                                 changed = TRUE;
8678                         }
8679                 }
8680                 if (changed && invalidate)
8681                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
8682                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
8683         }
8684 }
8685
8686 /*
8687  * Perform the pmap work for mincore(2).  If the page is not both referenced and
8688  * modified by this pmap, returns its physical address so that the caller can
8689  * find other mappings.
8690  */
8691 int
8692 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *pap)
8693 {
8694         pd_entry_t *pdep;
8695         pt_entry_t pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
8696         vm_paddr_t pa;
8697         int val;
8698
8699         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
8700         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
8701         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
8702         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
8703
8704         PMAP_LOCK(pmap);
8705         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
8706         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
8707                 if (*pdep & PG_PS) {
8708                         pte = *pdep;
8709                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
8710                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
8711                             PG_FRAME;
8712                         val = MINCORE_SUPER;
8713                 } else {
8714                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
8715                         pa = pte & PG_FRAME;
8716                         val = 0;
8717                 }
8718         } else {
8719                 pte = 0;
8720                 pa = 0;
8721                 val = 0;
8722         }
8723         if ((pte & PG_V) != 0) {
8724                 val |= MINCORE_INCORE;
8725                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
8726                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
8727                 if ((pte & PG_A) != 0)
8728                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
8729         }
8730         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
8731             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
8732             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
8733                 *pap = pa;
8734         }
8735         PMAP_UNLOCK(pmap);
8736         return (val);
8737 }
8738
8739 static uint64_t
8740 pmap_pcid_alloc(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8741 {
8742         uint32_t gen, new_gen, pcid_next;
8743
8744         CRITICAL_ASSERT(curthread);
8745         gen = PCPU_GET(pcid_gen);
8746         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid == PMAP_PCID_KERN)
8747                 return (pti ? 0 : CR3_PCID_SAVE);
8748         if (pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen == gen)
8749                 return (CR3_PCID_SAVE);
8750         pcid_next = PCPU_GET(pcid_next);
8751         KASSERT((!pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8752             (pti && pcid_next <= PMAP_PCID_OVERMAX_KERN),
8753             ("cpu %d pcid_next %#x", cpuid, pcid_next));
8754         if ((!pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX) ||
8755             (pti && pcid_next == PMAP_PCID_OVERMAX_KERN)) {
8756                 new_gen = gen + 1;
8757                 if (new_gen == 0)
8758                         new_gen = 1;
8759                 PCPU_SET(pcid_gen, new_gen);
8760                 pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 1;
8761         } else {
8762                 new_gen = gen;
8763         }
8764         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid = pcid_next;
8765         pmap->pm_pcids[cpuid].pm_gen = new_gen;
8766         PCPU_SET(pcid_next, pcid_next + 1);
8767         return (0);
8768 }
8769
8770 static uint64_t
8771 pmap_pcid_alloc_checked(pmap_t pmap, u_int cpuid)
8772 {
8773         uint64_t cached;
8774
8775         cached = pmap_pcid_alloc(pmap, cpuid);
8776         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid < PMAP_PCID_OVERMAX,
8777             ("pmap %p cpu %d pcid %#x", pmap, cpuid,
8778             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8779         KASSERT(pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid != PMAP_PCID_KERN ||
8780             pmap == kernel_pmap,
8781             ("non-kernel pmap pmap %p cpu %d pcid %#x",
8782             pmap, cpuid, pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid));
8783         return (cached);
8784 }
8785
8786 static void
8787 pmap_activate_sw_pti_post(struct thread *td, pmap_t pmap)
8788 {
8789
8790         PCPU_GET(tssp)->tss_rsp0 = pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 ?
8791             PCPU_GET(pti_rsp0) : (uintptr_t)td->td_md.md_stack_base;
8792 }
8793
8794 static void inline
8795 pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap_t pmap, u_int cpuid, const bool invpcid_works1)
8796 {
8797         struct invpcid_descr d;
8798         uint64_t cached, cr3, kcr3, ucr3;
8799
8800         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8801         cr3 = rcr3();
8802         if ((cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8803                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid);
8804         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8805         kcr3 = pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8806         ucr3 = pmap->pm_ucr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8807             PMAP_PCID_USER_PT;
8808
8809         if (!cached && pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3) {
8810                 /*
8811                  * Explicitly invalidate translations cached from the
8812                  * user page table.  They are not automatically
8813                  * flushed by reload of cr3 with the kernel page table
8814                  * pointer above.
8815                  *
8816                  * Note that the if() condition is resolved statically
8817                  * by using the function argument instead of
8818                  * runtime-evaluated invpcid_works value.
8819                  */
8820                 if (invpcid_works1) {
8821                         d.pcid = PMAP_PCID_USER_PT |
8822                             pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid;
8823                         d.pad = 0;
8824                         d.addr = 0;
8825                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
8826                 } else {
8827                         pmap_pti_pcid_invalidate(ucr3, kcr3);
8828                 }
8829         }
8830
8831         PCPU_SET(kcr3, kcr3 | CR3_PCID_SAVE);
8832         PCPU_SET(ucr3, ucr3 | CR3_PCID_SAVE);
8833         if (cached)
8834                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8835 }
8836
8837 static void
8838 pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap, u_int cpuid)
8839 {
8840
8841         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, true);
8842         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8843 }
8844
8845 static void
8846 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8847     u_int cpuid)
8848 {
8849         register_t rflags;
8850
8851         /*
8852          * If the INVPCID instruction is not available,
8853          * invltlb_pcid_handler() is used to handle an invalidate_all
8854          * IPI, which checks for curpmap == smp_tlb_pmap.  The below
8855          * sequence of operations has a window where %CR3 is loaded
8856          * with the new pmap's PML4 address, but the curpmap value has
8857          * not yet been updated.  This causes the invltlb IPI handler,
8858          * which is called between the updates, to execute as a NOP,
8859          * which leaves stale TLB entries.
8860          *
8861          * Note that the most typical use of pmap_activate_sw(), from
8862          * the context switch, is immune to this race, because
8863          * interrupts are disabled (while the thread lock is owned),
8864          * and the IPI happens after curpmap is updated.  Protect
8865          * other callers in a similar way, by disabling interrupts
8866          * around the %cr3 register reload and curpmap assignment.
8867          */
8868         rflags = intr_disable();
8869         pmap_activate_sw_pcid_pti(pmap, cpuid, false);
8870         intr_restore(rflags);
8871         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8872 }
8873
8874 static void
8875 pmap_activate_sw_pcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8876     u_int cpuid)
8877 {
8878         uint64_t cached, cr3;
8879
8880         cached = pmap_pcid_alloc_checked(pmap, cpuid);
8881         cr3 = rcr3();
8882         if (!cached || (cr3 & ~CR3_PCID_MASK) != pmap->pm_cr3)
8883                 load_cr3(pmap->pm_cr3 | pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid |
8884                     cached);
8885         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8886         if (cached)
8887                 PCPU_INC(pm_save_cnt);
8888 }
8889
8890 static void
8891 pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8892     u_int cpuid)
8893 {
8894         register_t rflags;
8895
8896         rflags = intr_disable();
8897         pmap_activate_sw_pcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8898         intr_restore(rflags);
8899 }
8900
8901 static void
8902 pmap_activate_sw_nopcid_nopti(struct thread *td __unused, pmap_t pmap,
8903     u_int cpuid __unused)
8904 {
8905
8906         load_cr3(pmap->pm_cr3);
8907         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8908 }
8909
8910 static void
8911 pmap_activate_sw_nopcid_pti(struct thread *td, pmap_t pmap,
8912     u_int cpuid __unused)
8913 {
8914
8915         pmap_activate_sw_nopcid_nopti(td, pmap, cpuid);
8916         PCPU_SET(kcr3, pmap->pm_cr3);
8917         PCPU_SET(ucr3, pmap->pm_ucr3);
8918         pmap_activate_sw_pti_post(td, pmap);
8919 }
8920
8921 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_activate_sw_mode, (struct thread *, pmap_t,
8922     u_int))
8923 {
8924
8925         if (pmap_pcid_enabled && pti && invpcid_works)
8926                 return (pmap_activate_sw_pcid_invpcid_pti);
8927         else if (pmap_pcid_enabled && pti && !invpcid_works)
8928                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_pti);
8929         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && invpcid_works)
8930                 return (pmap_activate_sw_pcid_nopti);
8931         else if (pmap_pcid_enabled && !pti && !invpcid_works)
8932                 return (pmap_activate_sw_pcid_noinvpcid_nopti);
8933         else if (!pmap_pcid_enabled && pti)
8934                 return (pmap_activate_sw_nopcid_pti);
8935         else /* if (!pmap_pcid_enabled && !pti) */
8936                 return (pmap_activate_sw_nopcid_nopti);
8937 }
8938
8939 void
8940 pmap_activate_sw(struct thread *td)
8941 {
8942         pmap_t oldpmap, pmap;
8943         u_int cpuid;
8944
8945         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
8946         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
8947         if (oldpmap == pmap) {
8948                 if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
8949                         mfence();
8950                 return;
8951         }
8952         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8953 #ifdef SMP
8954         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8955 #else
8956         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8957 #endif
8958         pmap_activate_sw_mode(td, pmap, cpuid);
8959 #ifdef SMP
8960         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8961 #else
8962         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
8963 #endif
8964 }
8965
8966 void
8967 pmap_activate(struct thread *td)
8968 {
8969
8970         critical_enter();
8971         pmap_activate_sw(td);
8972         critical_exit();
8973 }
8974
8975 void
8976 pmap_activate_boot(pmap_t pmap)
8977 {
8978         uint64_t kcr3;
8979         u_int cpuid;
8980
8981         /*
8982          * kernel_pmap must be never deactivated, and we ensure that
8983          * by never activating it at all.
8984          */
8985         MPASS(pmap != kernel_pmap);
8986
8987         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
8988 #ifdef SMP
8989         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
8990 #else
8991         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
8992 #endif
8993         PCPU_SET(curpmap, pmap);
8994         if (pti) {
8995                 kcr3 = pmap->pm_cr3;
8996                 if (pmap_pcid_enabled)
8997                         kcr3 |= pmap->pm_pcids[cpuid].pm_pcid | CR3_PCID_SAVE;
8998         } else {
8999                 kcr3 = PMAP_NO_CR3;
9000         }
9001         PCPU_SET(kcr3, kcr3);
9002         PCPU_SET(ucr3, PMAP_NO_CR3);
9003 }
9004
9005 void
9006 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
9007 {
9008 }
9009
9010 /*
9011  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
9012  *      different alignment might result in more superpage mappings.
9013  */
9014 void
9015 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
9016     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
9017 {
9018         vm_offset_t superpage_offset;
9019
9020         if (size < NBPDR)
9021                 return;
9022         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
9023                 offset += ptoa(object->pg_color);
9024         superpage_offset = offset & PDRMASK;
9025         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
9026             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
9027                 return;
9028         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
9029                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9030         else
9031                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
9032 }
9033
9034 #ifdef INVARIANTS
9035 static unsigned long num_dirty_emulations;
9036 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_dirty_emulations, CTLFLAG_RW,
9037              &num_dirty_emulations, 0, NULL);
9038
9039 static unsigned long num_accessed_emulations;
9040 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9041              &num_accessed_emulations, 0, NULL);
9042
9043 static unsigned long num_superpage_accessed_emulations;
9044 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, num_superpage_accessed_emulations, CTLFLAG_RW,
9045              &num_superpage_accessed_emulations, 0, NULL);
9046
9047 static unsigned long ad_emulation_superpage_promotions;
9048 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap, OID_AUTO, ad_emulation_superpage_promotions, CTLFLAG_RW,
9049              &ad_emulation_superpage_promotions, 0, NULL);
9050 #endif  /* INVARIANTS */
9051
9052 int
9053 pmap_emulate_accessed_dirty(pmap_t pmap, vm_offset_t va, int ftype)
9054 {
9055         int rv;
9056         struct rwlock *lock;
9057 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9058         vm_page_t m, mpte;
9059 #endif
9060         pd_entry_t *pde;
9061         pt_entry_t *pte, PG_A, PG_M, PG_RW, PG_V;
9062
9063         KASSERT(ftype == VM_PROT_READ || ftype == VM_PROT_WRITE,
9064             ("pmap_emulate_accessed_dirty: invalid fault type %d", ftype));
9065
9066         if (!pmap_emulate_ad_bits(pmap))
9067                 return (-1);
9068
9069         PG_A = pmap_accessed_bit(pmap);
9070         PG_M = pmap_modified_bit(pmap);
9071         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9072         PG_RW = pmap_rw_bit(pmap);
9073
9074         rv = -1;
9075         lock = NULL;
9076         PMAP_LOCK(pmap);
9077
9078         pde = pmap_pde(pmap, va);
9079         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
9080                 goto done;
9081
9082         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
9083                 if (ftype == VM_PROT_READ) {
9084 #ifdef INVARIANTS
9085                         atomic_add_long(&num_superpage_accessed_emulations, 1);
9086 #endif
9087                         *pde |= PG_A;
9088                         rv = 0;
9089                 }
9090                 goto done;
9091         }
9092
9093         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9094         if ((*pte & PG_V) == 0)
9095                 goto done;
9096
9097         if (ftype == VM_PROT_WRITE) {
9098                 if ((*pte & PG_RW) == 0)
9099                         goto done;
9100                 /*
9101                  * Set the modified and accessed bits simultaneously.
9102                  *
9103                  * Intel EPT PTEs that do software emulation of A/D bits map
9104                  * PG_A and PG_M to EPT_PG_READ and EPT_PG_WRITE respectively.
9105                  * An EPT misconfiguration is triggered if the PTE is writable
9106                  * but not readable (WR=10). This is avoided by setting PG_A
9107                  * and PG_M simultaneously.
9108                  */
9109                 *pte |= PG_M | PG_A;
9110         } else {
9111                 *pte |= PG_A;
9112         }
9113
9114 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
9115         /* try to promote the mapping */
9116         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
9117                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
9118         else
9119                 mpte = NULL;
9120
9121         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
9122
9123         if ((mpte == NULL || mpte->ref_count == NPTEPG) &&
9124             pmap_ps_enabled(pmap) &&
9125             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
9126             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0) {
9127                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
9128 #ifdef INVARIANTS
9129                 atomic_add_long(&ad_emulation_superpage_promotions, 1);
9130 #endif
9131         }
9132 #endif
9133
9134 #ifdef INVARIANTS
9135         if (ftype == VM_PROT_WRITE)
9136                 atomic_add_long(&num_dirty_emulations, 1);
9137         else
9138                 atomic_add_long(&num_accessed_emulations, 1);
9139 #endif
9140         rv = 0;         /* success */
9141 done:
9142         if (lock != NULL)
9143                 rw_wunlock(lock);
9144         PMAP_UNLOCK(pmap);
9145         return (rv);
9146 }
9147
9148 void
9149 pmap_get_mapping(pmap_t pmap, vm_offset_t va, uint64_t *ptr, int *num)
9150 {
9151         pml4_entry_t *pml4;
9152         pdp_entry_t *pdp;
9153         pd_entry_t *pde;
9154         pt_entry_t *pte, PG_V;
9155         int idx;
9156
9157         idx = 0;
9158         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
9159         PMAP_LOCK(pmap);
9160
9161         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
9162         ptr[idx++] = *pml4;
9163         if ((*pml4 & PG_V) == 0)
9164                 goto done;
9165
9166         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
9167         ptr[idx++] = *pdp;
9168         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0)
9169                 goto done;
9170
9171         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
9172         ptr[idx++] = *pde;
9173         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0)
9174                 goto done;
9175
9176         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9177         ptr[idx++] = *pte;
9178
9179 done:
9180         PMAP_UNLOCK(pmap);
9181         *num = idx;
9182 }
9183
9184 /**
9185  * Get the kernel virtual address of a set of physical pages. If there are
9186  * physical addresses not covered by the DMAP perform a transient mapping
9187  * that will be removed when calling pmap_unmap_io_transient.
9188  *
9189  * \param page        The pages the caller wishes to obtain the virtual
9190  *                    address on the kernel memory map.
9191  * \param vaddr       On return contains the kernel virtual memory address
9192  *                    of the pages passed in the page parameter.
9193  * \param count       Number of pages passed in.
9194  * \param can_fault   TRUE if the thread using the mapped pages can take
9195  *                    page faults, FALSE otherwise.
9196  *
9197  * \returns TRUE if the caller must call pmap_unmap_io_transient when
9198  *          finished or FALSE otherwise.
9199  *
9200  */
9201 boolean_t
9202 pmap_map_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9203     boolean_t can_fault)
9204 {
9205         vm_paddr_t paddr;
9206         boolean_t needs_mapping;
9207         pt_entry_t *pte;
9208         int cache_bits, error __unused, i;
9209
9210         /*
9211          * Allocate any KVA space that we need, this is done in a separate
9212          * loop to prevent calling vmem_alloc while pinned.
9213          */
9214         needs_mapping = FALSE;
9215         for (i = 0; i < count; i++) {
9216                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9217                 if (__predict_false(paddr >= dmaplimit)) {
9218                         error = vmem_alloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
9219                             M_BESTFIT | M_WAITOK, &vaddr[i]);
9220                         KASSERT(error == 0, ("vmem_alloc failed: %d", error));
9221                         needs_mapping = TRUE;
9222                 } else {
9223                         vaddr[i] = PHYS_TO_DMAP(paddr);
9224                 }
9225         }
9226
9227         /* Exit early if everything is covered by the DMAP */
9228         if (!needs_mapping)
9229                 return (FALSE);
9230
9231         /*
9232          * NB:  The sequence of updating a page table followed by accesses
9233          * to the corresponding pages used in the !DMAP case is subject to
9234          * the situation described in the "AMD64 Architecture Programmer's
9235          * Manual Volume 2: System Programming" rev. 3.23, "7.3.1 Special
9236          * Coherency Considerations".  Therefore, issuing the INVLPG right
9237          * after modifying the PTE bits is crucial.
9238          */
9239         if (!can_fault)
9240                 sched_pin();
9241         for (i = 0; i < count; i++) {
9242                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9243                 if (paddr >= dmaplimit) {
9244                         if (can_fault) {
9245                                 /*
9246                                  * Slow path, since we can get page faults
9247                                  * while mappings are active don't pin the
9248                                  * thread to the CPU and instead add a global
9249                                  * mapping visible to all CPUs.
9250                                  */
9251                                 pmap_qenter(vaddr[i], &page[i], 1);
9252                         } else {
9253                                 pte = vtopte(vaddr[i]);
9254                                 cache_bits = pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9255                                     page[i]->md.pat_mode, 0);
9256                                 pte_store(pte, paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9257                                     cache_bits);
9258                                 invlpg(vaddr[i]);
9259                         }
9260                 }
9261         }
9262
9263         return (needs_mapping);
9264 }
9265
9266 void
9267 pmap_unmap_io_transient(vm_page_t page[], vm_offset_t vaddr[], int count,
9268     boolean_t can_fault)
9269 {
9270         vm_paddr_t paddr;
9271         int i;
9272
9273         if (!can_fault)
9274                 sched_unpin();
9275         for (i = 0; i < count; i++) {
9276                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(page[i]);
9277                 if (paddr >= dmaplimit) {
9278                         if (can_fault)
9279                                 pmap_qremove(vaddr[i], 1);
9280                         vmem_free(kernel_arena, vaddr[i], PAGE_SIZE);
9281                 }
9282         }
9283 }
9284
9285 vm_offset_t
9286 pmap_quick_enter_page(vm_page_t m)
9287 {
9288         vm_paddr_t paddr;
9289
9290         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9291         if (paddr < dmaplimit)
9292                 return (PHYS_TO_DMAP(paddr));
9293         mtx_lock_spin(&qframe_mtx);
9294         KASSERT(*vtopte(qframe) == 0, ("qframe busy"));
9295         pte_store(vtopte(qframe), paddr | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A |
9296             X86_PG_M | pmap_cache_bits(kernel_pmap, m->md.pat_mode, 0));
9297         return (qframe);
9298 }
9299
9300 void
9301 pmap_quick_remove_page(vm_offset_t addr)
9302 {
9303
9304         if (addr != qframe)
9305                 return;
9306         pte_store(vtopte(qframe), 0);
9307         invlpg(qframe);
9308         mtx_unlock_spin(&qframe_mtx);
9309 }
9310
9311 /*
9312  * Pdp pages from the large map are managed differently from either
9313  * kernel or user page table pages.  They are permanently allocated at
9314  * initialization time, and their reference count is permanently set to
9315  * zero.  The pml4 entries pointing to those pages are copied into
9316  * each allocated pmap.
9317  *
9318  * In contrast, pd and pt pages are managed like user page table
9319  * pages.  They are dynamically allocated, and their reference count
9320  * represents the number of valid entries within the page.
9321  */
9322 static vm_page_t
9323 pmap_large_map_getptp_unlocked(void)
9324 {
9325         vm_page_t m;
9326
9327         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
9328             VM_ALLOC_ZERO);
9329         if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0)
9330                 pmap_zero_page(m);
9331         return (m);
9332 }
9333
9334 static vm_page_t
9335 pmap_large_map_getptp(void)
9336 {
9337         vm_page_t m;
9338
9339         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
9340         m = pmap_large_map_getptp_unlocked();
9341         if (m == NULL) {
9342                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9343                 vm_wait(NULL);
9344                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9345                 /* Callers retry. */
9346         }
9347         return (m);
9348 }
9349
9350 static pdp_entry_t *
9351 pmap_large_map_pdpe(vm_offset_t va)
9352 {
9353         vm_pindex_t pml4_idx;
9354         vm_paddr_t mphys;
9355
9356         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9357         KASSERT(LMSPML4I <= pml4_idx && pml4_idx < LMSPML4I + lm_ents,
9358             ("pmap_large_map_pdpe: va %#jx out of range idx %#jx LMSPML4I "
9359             "%#jx lm_ents %d",
9360             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9361         KASSERT((kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & X86_PG_V) != 0,
9362             ("pmap_large_map_pdpe: invalid pml4 for va %#jx idx %#jx "
9363             "LMSPML4I %#jx lm_ents %d",
9364             (uintmax_t)va, (uintmax_t)pml4_idx, LMSPML4I, lm_ents));
9365         mphys = kernel_pmap->pm_pml4[pml4_idx] & PG_FRAME;
9366         return ((pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va));
9367 }
9368
9369 static pd_entry_t *
9370 pmap_large_map_pde(vm_offset_t va)
9371 {
9372         pdp_entry_t *pdpe;
9373         vm_page_t m;
9374         vm_paddr_t mphys;
9375
9376 retry:
9377         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9378         if (*pdpe == 0) {
9379                 m = pmap_large_map_getptp();
9380                 if (m == NULL)
9381                         goto retry;
9382                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9383                 *pdpe = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9384         } else {
9385                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9386                 mphys = *pdpe & PG_FRAME;
9387         }
9388         return ((pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pde_index(va));
9389 }
9390
9391 static pt_entry_t *
9392 pmap_large_map_pte(vm_offset_t va)
9393 {
9394         pd_entry_t *pde;
9395         vm_page_t m;
9396         vm_paddr_t mphys;
9397
9398 retry:
9399         pde = pmap_large_map_pde(va);
9400         if (*pde == 0) {
9401                 m = pmap_large_map_getptp();
9402                 if (m == NULL)
9403                         goto retry;
9404                 mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9405                 *pde = mphys | X86_PG_A | X86_PG_RW | X86_PG_V | pg_nx;
9406                 PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->ref_count++;
9407         } else {
9408                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
9409                 mphys = *pde & PG_FRAME;
9410         }
9411         return ((pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pte_index(va));
9412 }
9413
9414 static vm_paddr_t
9415 pmap_large_map_kextract(vm_offset_t va)
9416 {
9417         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9418         pd_entry_t *pde, pd;
9419         pt_entry_t *pte, pt;
9420
9421         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(va),
9422             ("not largemap range %#lx", (u_long)va));
9423         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9424         pdp = *pdpe;
9425         KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9426             ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9427             (u_long)pdpe, pdp));
9428         if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9429                 KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9430                     ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9431                     (u_long)pdpe, pdp));
9432                 return ((pdp & PG_PS_PDP_FRAME) | (va & PDPMASK));
9433         }
9434         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9435         pd = *pde;
9436         KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9437             ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va, (u_long)pde, pd));
9438         if ((pd & X86_PG_PS) != 0)
9439                 return ((pd & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK));
9440         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9441         pt = *pte;
9442         KASSERT((pt & X86_PG_V) != 0,
9443             ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va, (u_long)pte, pt));
9444         return ((pt & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK));
9445 }
9446
9447 static int
9448 pmap_large_map_getva(vm_size_t len, vm_offset_t align, vm_offset_t phase,
9449     vmem_addr_t *vmem_res)
9450 {
9451
9452         /*
9453          * Large mappings are all but static.  Consequently, there
9454          * is no point in waiting for an earlier allocation to be
9455          * freed.
9456          */
9457         return (vmem_xalloc(large_vmem, len, align, phase, 0, VMEM_ADDR_MIN,
9458             VMEM_ADDR_MAX, M_NOWAIT | M_BESTFIT, vmem_res));
9459 }
9460
9461 int
9462 pmap_large_map(vm_paddr_t spa, vm_size_t len, void **addr,
9463     vm_memattr_t mattr)
9464 {
9465         pdp_entry_t *pdpe;
9466         pd_entry_t *pde;
9467         pt_entry_t *pte;
9468         vm_offset_t va, inc;
9469         vmem_addr_t vmem_res;
9470         vm_paddr_t pa;
9471         int error;
9472
9473         if (len == 0 || spa + len < spa)
9474                 return (EINVAL);
9475
9476         /* See if DMAP can serve. */
9477         if (spa + len <= dmaplimit) {
9478                 va = PHYS_TO_DMAP(spa);
9479                 *addr = (void *)va;
9480                 return (pmap_change_attr(va, len, mattr));
9481         }
9482
9483         /*
9484          * No, allocate KVA.  Fit the address with best possible
9485          * alignment for superpages.  Fall back to worse align if
9486          * failed.
9487          */
9488         error = ENOMEM;
9489         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && rounddown2(spa + len,
9490             NBPDP) >= roundup2(spa, NBPDP) + NBPDP)
9491                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDP, spa & PDPMASK,
9492                     &vmem_res);
9493         if (error != 0 && rounddown2(spa + len, NBPDR) >= roundup2(spa,
9494             NBPDR) + NBPDR)
9495                 error = pmap_large_map_getva(len, NBPDR, spa & PDRMASK,
9496                     &vmem_res);
9497         if (error != 0)
9498                 error = pmap_large_map_getva(len, PAGE_SIZE, 0, &vmem_res);
9499         if (error != 0)
9500                 return (error);
9501
9502         /*
9503          * Fill pagetable.  PG_M is not pre-set, we scan modified bits
9504          * in the pagetable to minimize flushing.  No need to
9505          * invalidate TLB, since we only update invalid entries.
9506          */
9507         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9508         for (pa = spa, va = vmem_res; len > 0; pa += inc, va += inc,
9509             len -= inc) {
9510                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0 && len >= NBPDP &&
9511                     (pa & PDPMASK) == 0 && (va & PDPMASK) == 0) {
9512                         pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9513                         MPASS(*pdpe == 0);
9514                         *pdpe = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9515                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9516                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9517                         inc = NBPDP;
9518                 } else if (len >= NBPDR && (pa & PDRMASK) == 0 &&
9519                     (va & PDRMASK) == 0) {
9520                         pde = pmap_large_map_pde(va);
9521                         MPASS(*pde == 0);
9522                         *pde = pa | pg_g | X86_PG_PS | X86_PG_RW |
9523                             X86_PG_V | X86_PG_A | pg_nx |
9524                             pmap_cache_bits(kernel_pmap, mattr, TRUE);
9525                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde))->
9526                             ref_count++;
9527                         inc = NBPDR;
9528                 } else {
9529                         pte = pmap_large_map_pte(va);
9530                         MPASS(*pte == 0);
9531                         *pte = pa | pg_g | X86_PG_RW | X86_PG_V |
9532                             X86_PG_A | pg_nx | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
9533                             mattr, FALSE);
9534                         PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte))->
9535                             ref_count++;
9536                         inc = PAGE_SIZE;
9537                 }
9538         }
9539         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9540         MPASS(len == 0);
9541
9542         *addr = (void *)vmem_res;
9543         return (0);
9544 }
9545
9546 void
9547 pmap_large_unmap(void *svaa, vm_size_t len)
9548 {
9549         vm_offset_t sva, va;
9550         vm_size_t inc;
9551         pdp_entry_t *pdpe, pdp;
9552         pd_entry_t *pde, pd;
9553         pt_entry_t *pte;
9554         vm_page_t m;
9555         struct spglist spgf;
9556
9557         sva = (vm_offset_t)svaa;
9558         if (len == 0 || sva + len < sva || (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS &&
9559             sva + len <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit))
9560                 return;
9561
9562         SLIST_INIT(&spgf);
9563         KASSERT(PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
9564             PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva + len - 1),
9565             ("not largemap range %#lx %#lx", (u_long)svaa, (u_long)svaa + len));
9566         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
9567         for (va = sva; va < sva + len; va += inc) {
9568                 pdpe = pmap_large_map_pdpe(va);
9569                 pdp = *pdpe;
9570                 KASSERT((pdp & X86_PG_V) != 0,
9571                     ("invalid pdp va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9572                     (u_long)pdpe, pdp));
9573                 if ((pdp & X86_PG_PS) != 0) {
9574                         KASSERT((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0,
9575                             ("no 1G pages, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9576                             (u_long)pdpe, pdp));
9577                         KASSERT((va & PDPMASK) == 0,
9578                             ("PDPMASK bit set, va %#lx pdpe %#lx pdp %#lx", va,
9579                             (u_long)pdpe, pdp));
9580                         KASSERT(va + NBPDP <= sva + len,
9581                             ("unmap covers partial 1GB page, sva %#lx va %#lx "
9582                             "pdpe %#lx pdp %#lx len %#lx", sva, va,
9583                             (u_long)pdpe, pdp, len));
9584                         *pdpe = 0;
9585                         inc = NBPDP;
9586                         continue;
9587                 }
9588                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
9589                 pd = *pde;
9590                 KASSERT((pd & X86_PG_V) != 0,
9591                     ("invalid pd va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9592                     (u_long)pde, pd));
9593                 if ((pd & X86_PG_PS) != 0) {
9594                         KASSERT((va & PDRMASK) == 0,
9595                             ("PDRMASK bit set, va %#lx pde %#lx pd %#lx", va,
9596                             (u_long)pde, pd));
9597                         KASSERT(va + NBPDR <= sva + len,
9598                             ("unmap covers partial 2MB page, sva %#lx va %#lx "
9599                             "pde %#lx pd %#lx len %#lx", sva, va, (u_long)pde,
9600                             pd, len));
9601                         pde_store(pde, 0);
9602                         inc = NBPDR;
9603                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9604                         m->ref_count--;
9605                         if (m->ref_count == 0) {
9606                                 *pdpe = 0;
9607                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9608                         }
9609                         continue;
9610                 }
9611                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
9612                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
9613                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
9614                     (u_long)pte, *pte));
9615                 pte_clear(pte);
9616                 inc = PAGE_SIZE;
9617                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pte));
9618                 m->ref_count--;
9619                 if (m->ref_count == 0) {
9620                         *pde = 0;
9621                         SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9622                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pde));
9623                         m->ref_count--;
9624                         if (m->ref_count == 0) {
9625                                 *pdpe = 0;
9626                                 SLIST_INSERT_HEAD(&spgf, m, plinks.s.ss);
9627                         }
9628                 }
9629         }
9630         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + len);
9631         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
9632         vm_page_free_pages_toq(&spgf, false);
9633         vmem_free(large_vmem, sva, len);
9634 }
9635
9636 static void
9637 pmap_large_map_wb_fence_mfence(void)
9638 {
9639
9640         mfence();
9641 }
9642
9643 static void
9644 pmap_large_map_wb_fence_atomic(void)
9645 {
9646
9647         atomic_thread_fence_seq_cst();
9648 }
9649
9650 static void
9651 pmap_large_map_wb_fence_nop(void)
9652 {
9653 }
9654
9655 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_wb_fence, (void))
9656 {
9657
9658         if (cpu_vendor_id != CPU_VENDOR_INTEL)
9659                 return (pmap_large_map_wb_fence_mfence);
9660         else if ((cpu_stdext_feature & (CPUID_STDEXT_CLWB |
9661             CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT)) == 0)
9662                 return (pmap_large_map_wb_fence_atomic);
9663         else
9664                 /* clflush is strongly enough ordered */
9665                 return (pmap_large_map_wb_fence_nop);
9666 }
9667
9668 static void
9669 pmap_large_map_flush_range_clwb(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9670 {
9671
9672         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9673             va += cpu_clflush_line_size)
9674                 clwb(va);
9675 }
9676
9677 static void
9678 pmap_large_map_flush_range_clflushopt(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9679 {
9680
9681         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9682             va += cpu_clflush_line_size)
9683                 clflushopt(va);
9684 }
9685
9686 static void
9687 pmap_large_map_flush_range_clflush(vm_offset_t va, vm_size_t len)
9688 {
9689
9690         for (; len > 0; len -= cpu_clflush_line_size,
9691             va += cpu_clflush_line_size)
9692                 clflush(va);
9693 }
9694
9695 static void
9696 pmap_large_map_flush_range_nop(vm_offset_t sva __unused, vm_size_t len __unused)
9697 {
9698 }
9699
9700 DEFINE_IFUNC(static, void, pmap_large_map_flush_range, (vm_offset_t, vm_size_t))
9701 {
9702
9703         if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLWB) != 0)
9704                 return (pmap_large_map_flush_range_clwb);
9705         else if ((cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_CLFLUSHOPT) != 0)
9706                 return (pmap_large_map_flush_range_clflushopt);
9707         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0)
9708                 return (pmap_large_map_flush_range_clflush);
9709         else
9710                 return (pmap_large_map_flush_range_nop);
9711 }
9712
9713 static void
9714 pmap_large_map_wb_large(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
9715 {
9716         volatile u_long *pe;
9717         u_long p;
9718         vm_offset_t va;
9719         vm_size_t inc;
9720         bool seen_other;
9721
9722         for (va = sva; va < eva; va += inc) {
9723                 inc = 0;
9724                 if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0) {
9725                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pdpe(va);
9726                         p = *pe;
9727                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9728                                 inc = NBPDP;
9729                 }
9730                 if (inc == 0) {
9731                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pde(va);
9732                         p = *pe;
9733                         if ((p & X86_PG_PS) != 0)
9734                                 inc = NBPDR;
9735                 }
9736                 if (inc == 0) {
9737                         pe = (volatile u_long *)pmap_large_map_pte(va);
9738                         p = *pe;
9739                         inc = PAGE_SIZE;
9740                 }
9741                 seen_other = false;
9742                 for (;;) {
9743                         if ((p & X86_PG_AVAIL1) != 0) {
9744                                 /*
9745                                  * Spin-wait for the end of a parallel
9746                                  * write-back.
9747                                  */
9748                                 cpu_spinwait();
9749                                 p = *pe;
9750
9751                                 /*
9752                                  * If we saw other write-back
9753                                  * occuring, we cannot rely on PG_M to
9754                                  * indicate state of the cache.  The
9755                                  * PG_M bit is cleared before the
9756                                  * flush to avoid ignoring new writes,
9757                                  * and writes which are relevant for
9758                                  * us might happen after.
9759                                  */
9760                                 seen_other = true;
9761                                 continue;
9762                         }
9763
9764                         if ((p & X86_PG_M) != 0 || seen_other) {
9765                                 if (!atomic_fcmpset_long(pe, &p,
9766                                     (p & ~X86_PG_M) | X86_PG_AVAIL1))
9767                                         /*
9768                                          * If we saw PG_M without
9769                                          * PG_AVAIL1, and then on the
9770                                          * next attempt we do not
9771                                          * observe either PG_M or
9772                                          * PG_AVAIL1, the other
9773                                          * write-back started after us
9774                                          * and finished before us.  We
9775                                          * can rely on it doing our
9776                                          * work.
9777                                          */
9778                                         continue;
9779                                 pmap_large_map_flush_range(va, inc);
9780                                 atomic_clear_long(pe, X86_PG_AVAIL1);
9781                         }
9782                         break;
9783                 }
9784                 maybe_yield();
9785         }
9786 }
9787
9788 /*
9789  * Write-back cache lines for the given address range.
9790  *
9791  * Must be called only on the range or sub-range returned from
9792  * pmap_large_map().  Must not be called on the coalesced ranges.
9793  *
9794  * Does nothing on CPUs without CLWB, CLFLUSHOPT, or CLFLUSH
9795  * instructions support.
9796  */
9797 void
9798 pmap_large_map_wb(void *svap, vm_size_t len)
9799 {
9800         vm_offset_t eva, sva;
9801
9802         sva = (vm_offset_t)svap;
9803         eva = sva + len;
9804         pmap_large_map_wb_fence();
9805         if (sva >= DMAP_MIN_ADDRESS && eva <= DMAP_MIN_ADDRESS + dmaplimit) {
9806                 pmap_large_map_flush_range(sva, len);
9807         } else {
9808                 KASSERT(sva >= LARGEMAP_MIN_ADDRESS &&
9809                     eva <= LARGEMAP_MIN_ADDRESS + lm_ents * NBPML4,
9810                     ("pmap_large_map_wb: not largemap %#lx %#lx", sva, len));
9811                 pmap_large_map_wb_large(sva, eva);
9812         }
9813         pmap_large_map_wb_fence();
9814 }
9815
9816 static vm_page_t
9817 pmap_pti_alloc_page(void)
9818 {
9819         vm_page_t m;
9820
9821         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9822         m = vm_page_grab(pti_obj, pti_pg_idx++, VM_ALLOC_NOBUSY |
9823             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
9824         return (m);
9825 }
9826
9827 static bool
9828 pmap_pti_free_page(vm_page_t m)
9829 {
9830
9831         KASSERT(m->ref_count > 0, ("page %p not referenced", m));
9832         if (!vm_page_unwire_noq(m))
9833                 return (false);
9834         vm_page_free_zero(m);
9835         return (true);
9836 }
9837
9838 static void
9839 pmap_pti_init(void)
9840 {
9841         vm_page_t pml4_pg;
9842         pdp_entry_t *pdpe;
9843         vm_offset_t va;
9844         int i;
9845
9846         if (!pti)
9847                 return;
9848         pti_obj = vm_pager_allocate(OBJT_PHYS, NULL, 0, VM_PROT_ALL, 0, NULL);
9849         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
9850         pml4_pg = pmap_pti_alloc_page();
9851         pti_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pml4_pg));
9852         for (va = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS; va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS &&
9853             va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS && va > NBPML4; va += NBPML4) {
9854                 pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9855                 pmap_pti_wire_pte(pdpe);
9856         }
9857         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)&__pcpu[0],
9858             (vm_offset_t)&__pcpu[0] + sizeof(__pcpu[0]) * MAXCPU, false);
9859         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)idt, (vm_offset_t)idt +
9860             sizeof(struct gate_descriptor) * NIDT, false);
9861         CPU_FOREACH(i) {
9862                 /* Doublefault stack IST 1 */
9863                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist1;
9864                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9865                 /* NMI stack IST 2 */
9866                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist2 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9867                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9868                 /* MC# stack IST 3 */
9869                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist3 +
9870                     sizeof(struct nmi_pcpu);
9871                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9872                 /* DB# stack IST 4 */
9873                 va = __pcpu[i].pc_common_tss.tss_ist4 + sizeof(struct nmi_pcpu);
9874                 pmap_pti_add_kva_locked(va - PAGE_SIZE, va, false);
9875         }
9876         pmap_pti_add_kva_locked((vm_offset_t)kernphys + KERNBASE,
9877             (vm_offset_t)etext, true);
9878         pti_finalized = true;
9879         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
9880 }
9881 SYSINIT(pmap_pti, SI_SUB_CPU + 1, SI_ORDER_ANY, pmap_pti_init, NULL);
9882
9883 static pdp_entry_t *
9884 pmap_pti_pdpe(vm_offset_t va)
9885 {
9886         pml4_entry_t *pml4e;
9887         pdp_entry_t *pdpe;
9888         vm_page_t m;
9889         vm_pindex_t pml4_idx;
9890         vm_paddr_t mphys;
9891
9892         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9893
9894         pml4_idx = pmap_pml4e_index(va);
9895         pml4e = &pti_pml4[pml4_idx];
9896         m = NULL;
9897         if (*pml4e == 0) {
9898                 if (pti_finalized)
9899                         panic("pml4 alloc after finalization\n");
9900                 m = pmap_pti_alloc_page();
9901                 if (*pml4e != 0) {
9902                         pmap_pti_free_page(m);
9903                         mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9904                 } else {
9905                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9906                         *pml4e = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9907                 }
9908         } else {
9909                 mphys = *pml4e & ~PAGE_MASK;
9910         }
9911         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys) + pmap_pdpe_index(va);
9912         return (pdpe);
9913 }
9914
9915 static void
9916 pmap_pti_wire_pte(void *pte)
9917 {
9918         vm_page_t m;
9919
9920         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9921         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9922         m->ref_count++;
9923 }
9924
9925 static void
9926 pmap_pti_unwire_pde(void *pde, bool only_ref)
9927 {
9928         vm_page_t m;
9929
9930         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9931         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pde));
9932         MPASS(m->ref_count > 0);
9933         MPASS(only_ref || m->ref_count > 1);
9934         pmap_pti_free_page(m);
9935 }
9936
9937 static void
9938 pmap_pti_unwire_pte(void *pte, vm_offset_t va)
9939 {
9940         vm_page_t m;
9941         pd_entry_t *pde;
9942
9943         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9944         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((uintptr_t)pte));
9945         MPASS(m->ref_count > 0);
9946         if (pmap_pti_free_page(m)) {
9947                 pde = pmap_pti_pde(va);
9948                 MPASS((*pde & (X86_PG_PS | X86_PG_V)) == X86_PG_V);
9949                 *pde = 0;
9950                 pmap_pti_unwire_pde(pde, false);
9951         }
9952 }
9953
9954 static pd_entry_t *
9955 pmap_pti_pde(vm_offset_t va)
9956 {
9957         pdp_entry_t *pdpe;
9958         pd_entry_t *pde;
9959         vm_page_t m;
9960         vm_pindex_t pd_idx;
9961         vm_paddr_t mphys;
9962
9963         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9964
9965         pdpe = pmap_pti_pdpe(va);
9966         if (*pdpe == 0) {
9967                 m = pmap_pti_alloc_page();
9968                 if (*pdpe != 0) {
9969                         pmap_pti_free_page(m);
9970                         MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9971                         mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9972                 } else {
9973                         mphys =  VM_PAGE_TO_PHYS(m);
9974                         *pdpe = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
9975                 }
9976         } else {
9977                 MPASS((*pdpe & X86_PG_PS) == 0);
9978                 mphys = *pdpe & ~PAGE_MASK;
9979         }
9980
9981         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
9982         pd_idx = pmap_pde_index(va);
9983         pde += pd_idx;
9984         return (pde);
9985 }
9986
9987 static pt_entry_t *
9988 pmap_pti_pte(vm_offset_t va, bool *unwire_pde)
9989 {
9990         pd_entry_t *pde;
9991         pt_entry_t *pte;
9992         vm_page_t m;
9993         vm_paddr_t mphys;
9994
9995         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
9996
9997         pde = pmap_pti_pde(va);
9998         if (unwire_pde != NULL) {
9999                 *unwire_pde = true;
10000                 pmap_pti_wire_pte(pde);
10001         }
10002         if (*pde == 0) {
10003                 m = pmap_pti_alloc_page();
10004                 if (*pde != 0) {
10005                         pmap_pti_free_page(m);
10006                         MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10007                         mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10008                 } else {
10009                         mphys = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
10010                         *pde = mphys | X86_PG_RW | X86_PG_V;
10011                         if (unwire_pde != NULL)
10012                                 *unwire_pde = false;
10013                 }
10014         } else {
10015                 MPASS((*pde & X86_PG_PS) == 0);
10016                 mphys = *pde & ~(PAGE_MASK | pg_nx);
10017         }
10018
10019         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mphys);
10020         pte += pmap_pte_index(va);
10021
10022         return (pte);
10023 }
10024
10025 static void
10026 pmap_pti_add_kva_locked(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10027 {
10028         vm_paddr_t pa;
10029         pd_entry_t *pde;
10030         pt_entry_t *pte, ptev;
10031         bool unwire_pde;
10032
10033         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(pti_obj);
10034
10035         sva = trunc_page(sva);
10036         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10037         eva = round_page(eva);
10038         MPASS(sva < eva);
10039         for (; sva < eva; sva += PAGE_SIZE) {
10040                 pte = pmap_pti_pte(sva, &unwire_pde);
10041                 pa = pmap_kextract(sva);
10042                 ptev = pa | X86_PG_RW | X86_PG_V | X86_PG_A | X86_PG_G |
10043                     (exec ? 0 : pg_nx) | pmap_cache_bits(kernel_pmap,
10044                     VM_MEMATTR_DEFAULT, FALSE);
10045                 if (*pte == 0) {
10046                         pte_store(pte, ptev);
10047                         pmap_pti_wire_pte(pte);
10048                 } else {
10049                         KASSERT(!pti_finalized,
10050                             ("pti overlap after fin %#lx %#lx %#lx",
10051                             sva, *pte, ptev));
10052                         KASSERT(*pte == ptev,
10053                             ("pti non-identical pte after fin %#lx %#lx %#lx",
10054                             sva, *pte, ptev));
10055                 }
10056                 if (unwire_pde) {
10057                         pde = pmap_pti_pde(sva);
10058                         pmap_pti_unwire_pde(pde, true);
10059                 }
10060         }
10061 }
10062
10063 void
10064 pmap_pti_add_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, bool exec)
10065 {
10066
10067         if (!pti)
10068                 return;
10069         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10070         pmap_pti_add_kva_locked(sva, eva, exec);
10071         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10072 }
10073
10074 void
10075 pmap_pti_remove_kva(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10076 {
10077         pt_entry_t *pte;
10078         vm_offset_t va;
10079
10080         if (!pti)
10081                 return;
10082         sva = rounddown2(sva, PAGE_SIZE);
10083         MPASS(sva > VM_MAXUSER_ADDRESS);
10084         eva = roundup2(eva, PAGE_SIZE);
10085         MPASS(sva < eva);
10086         VM_OBJECT_WLOCK(pti_obj);
10087         for (va = sva; va < eva; va += PAGE_SIZE) {
10088                 pte = pmap_pti_pte(va, NULL);
10089                 KASSERT((*pte & X86_PG_V) != 0,
10090                     ("invalid pte va %#lx pte %#lx pt %#lx", va,
10091                     (u_long)pte, *pte));
10092                 pte_clear(pte);
10093                 pmap_pti_unwire_pte(pte, va);
10094         }
10095         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, eva);
10096         VM_OBJECT_WUNLOCK(pti_obj);
10097 }
10098
10099 static void *
10100 pkru_dup_range(void *ctx __unused, void *data)
10101 {
10102         struct pmap_pkru_range *node, *new_node;
10103
10104         new_node = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10105         if (new_node == NULL)
10106                 return (NULL);
10107         node = data;
10108         memcpy(new_node, node, sizeof(*node));
10109         return (new_node);
10110 }
10111
10112 static void
10113 pkru_free_range(void *ctx __unused, void *node)
10114 {
10115
10116         uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, node);
10117 }
10118
10119 static int
10120 pmap_pkru_assign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10121     int flags)
10122 {
10123         struct pmap_pkru_range *ppr;
10124         int error;
10125
10126         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10127         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10128         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10129         if ((flags & AMD64_PKRU_EXCL) != 0 &&
10130             !rangeset_check_empty(&pmap->pm_pkru, sva, eva))
10131                 return (EBUSY);
10132         ppr = uma_zalloc(pmap_pkru_ranges_zone, M_NOWAIT);
10133         if (ppr == NULL)
10134                 return (ENOMEM);
10135         ppr->pkru_keyidx = keyidx;
10136         ppr->pkru_flags = flags & AMD64_PKRU_PERSIST;
10137         error = rangeset_insert(&pmap->pm_pkru, sva, eva, ppr);
10138         if (error != 0)
10139                 uma_zfree(pmap_pkru_ranges_zone, ppr);
10140         return (error);
10141 }
10142
10143 static int
10144 pmap_pkru_deassign(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10145 {
10146
10147         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10148         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10149         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10150         return (rangeset_remove(&pmap->pm_pkru, sva, eva));
10151 }
10152
10153 static void
10154 pmap_pkru_deassign_all(pmap_t pmap)
10155 {
10156
10157         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10158         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10159             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0)
10160                 rangeset_remove_all(&pmap->pm_pkru);
10161 }
10162
10163 static bool
10164 pmap_pkru_same(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10165 {
10166         struct pmap_pkru_range *ppr, *prev_ppr;
10167         vm_offset_t va;
10168
10169         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10170         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10171             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10172             sva >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10173                 return (true);
10174         MPASS(eva <= VM_MAXUSER_ADDRESS);
10175         for (va = sva, prev_ppr = NULL; va < eva;) {
10176                 ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10177                 if ((ppr == NULL) ^ (prev_ppr == NULL))
10178                         return (false);
10179                 if (ppr == NULL) {
10180                         va += PAGE_SIZE;
10181                         continue;
10182                 }
10183                 if (prev_ppr->pkru_keyidx != ppr->pkru_keyidx)
10184                         return (false);
10185                 va = ppr->pkru_rs_el.re_end;
10186         }
10187         return (true);
10188 }
10189
10190 static pt_entry_t
10191 pmap_pkru_get(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
10192 {
10193         struct pmap_pkru_range *ppr;
10194
10195         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10196         if (pmap->pm_type != PT_X86 ||
10197             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0 ||
10198             va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
10199                 return (0);
10200         ppr = rangeset_lookup(&pmap->pm_pkru, va);
10201         if (ppr != NULL)
10202                 return (X86_PG_PKU(ppr->pkru_keyidx));
10203         return (0);
10204 }
10205
10206 static bool
10207 pred_pkru_on_remove(void *ctx __unused, void *r)
10208 {
10209         struct pmap_pkru_range *ppr;
10210
10211         ppr = r;
10212         return ((ppr->pkru_flags & AMD64_PKRU_PERSIST) == 0);
10213 }
10214
10215 static void
10216 pmap_pkru_on_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10217 {
10218
10219         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10220         if (pmap->pm_type == PT_X86 &&
10221             (cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0) {
10222                 rangeset_remove_pred(&pmap->pm_pkru, sva, eva,
10223                     pred_pkru_on_remove);
10224         }
10225 }
10226
10227 static int
10228 pmap_pkru_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap)
10229 {
10230
10231         PMAP_LOCK_ASSERT(dst_pmap, MA_OWNED);
10232         PMAP_LOCK_ASSERT(src_pmap, MA_OWNED);
10233         MPASS(dst_pmap->pm_type == PT_X86);
10234         MPASS(src_pmap->pm_type == PT_X86);
10235         MPASS((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) != 0);
10236         if (src_pmap->pm_pkru.rs_data_ctx == NULL)
10237                 return (0);
10238         return (rangeset_copy(&dst_pmap->pm_pkru, &src_pmap->pm_pkru));
10239 }
10240
10241 static void
10242 pmap_pkru_update_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10243     u_int keyidx)
10244 {
10245         pml4_entry_t *pml4e;
10246         pdp_entry_t *pdpe;
10247         pd_entry_t newpde, ptpaddr, *pde;
10248         pt_entry_t newpte, *ptep, pte;
10249         vm_offset_t va, va_next;
10250         bool changed;
10251
10252         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
10253         MPASS(pmap->pm_type == PT_X86);
10254         MPASS(keyidx <= PMAP_MAX_PKRU_IDX);
10255
10256         for (changed = false, va = sva; va < eva; va = va_next) {
10257                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
10258                 if ((*pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10259                         va_next = (va + NBPML4) & ~PML4MASK;
10260                         if (va_next < va)
10261                                 va_next = eva;
10262                         continue;
10263                 }
10264
10265                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va);
10266                 if ((*pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10267                         va_next = (va + NBPDP) & ~PDPMASK;
10268                         if (va_next < va)
10269                                 va_next = eva;
10270                         continue;
10271                 }
10272
10273                 va_next = (va + NBPDR) & ~PDRMASK;
10274                 if (va_next < va)
10275                         va_next = eva;
10276
10277                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
10278                 ptpaddr = *pde;
10279                 if (ptpaddr == 0)
10280                         continue;
10281
10282                 MPASS((ptpaddr & X86_PG_V) != 0);
10283                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
10284                         if (va + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
10285                                 newpde = (ptpaddr & ~X86_PG_PKU_MASK) |
10286                                     X86_PG_PKU(keyidx);
10287                                 if (newpde != ptpaddr) {
10288                                         *pde = newpde;
10289                                         changed = true;
10290                                 }
10291                                 continue;
10292                         } else if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va)) {
10293                                 continue;
10294                         }
10295                 }
10296
10297                 if (va_next > eva)
10298                         va_next = eva;
10299
10300                 for (ptep = pmap_pde_to_pte(pde, va); va != va_next;
10301                     ptep++, va += PAGE_SIZE) {
10302                         pte = *ptep;
10303                         if ((pte & X86_PG_V) == 0)
10304                                 continue;
10305                         newpte = (pte & ~X86_PG_PKU_MASK) | X86_PG_PKU(keyidx);
10306                         if (newpte != pte) {
10307                                 *ptep = newpte;
10308                                 changed = true;
10309                         }
10310                 }
10311         }
10312         if (changed)
10313                 pmap_invalidate_range(pmap, sva, eva);
10314 }
10315
10316 static int
10317 pmap_pkru_check_uargs(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva,
10318     u_int keyidx, int flags)
10319 {
10320
10321         if (pmap->pm_type != PT_X86 || keyidx > PMAP_MAX_PKRU_IDX ||
10322             (flags & ~(AMD64_PKRU_PERSIST | AMD64_PKRU_EXCL)) != 0)
10323                 return (EINVAL);
10324         if (eva <= sva || eva > VM_MAXUSER_ADDRESS)
10325                 return (EFAULT);
10326         if ((cpu_stdext_feature2 & CPUID_STDEXT2_PKU) == 0)
10327                 return (ENOTSUP);
10328         return (0);
10329 }
10330
10331 int
10332 pmap_pkru_set(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, u_int keyidx,
10333     int flags)
10334 {
10335         int error;
10336
10337         sva = trunc_page(sva);
10338         eva = round_page(eva);
10339         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10340         if (error != 0)
10341                 return (error);
10342         for (;;) {
10343                 PMAP_LOCK(pmap);
10344                 error = pmap_pkru_assign(pmap, sva, eva, keyidx, flags);
10345                 if (error == 0)
10346                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, keyidx);
10347                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10348                 if (error != ENOMEM)
10349                         break;
10350                 vm_wait(NULL);
10351         }
10352         return (error);
10353 }
10354
10355 int
10356 pmap_pkru_clear(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
10357 {
10358         int error;
10359
10360         sva = trunc_page(sva);
10361         eva = round_page(eva);
10362         error = pmap_pkru_check_uargs(pmap, sva, eva, 0, 0);
10363         if (error != 0)
10364                 return (error);
10365         for (;;) {
10366                 PMAP_LOCK(pmap);
10367                 error = pmap_pkru_deassign(pmap, sva, eva);
10368                 if (error == 0)
10369                         pmap_pkru_update_range(pmap, sva, eva, 0);
10370                 PMAP_UNLOCK(pmap);
10371                 if (error != ENOMEM)
10372                         break;
10373                 vm_wait(NULL);
10374         }
10375         return (error);
10376 }
10377
10378 /*
10379  * Track a range of the kernel's virtual address space that is contiguous
10380  * in various mapping attributes.
10381  */
10382 struct pmap_kernel_map_range {
10383         vm_offset_t sva;
10384         pt_entry_t attrs;
10385         int ptes;
10386         int pdes;
10387         int pdpes;
10388 };
10389
10390 static void
10391 sysctl_kmaps_dump(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10392     vm_offset_t eva)
10393 {
10394         const char *mode;
10395         int i, pat_idx;
10396
10397         if (eva <= range->sva)
10398                 return;
10399
10400         pat_idx = pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true);
10401         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
10402                 if (pat_index[i] == pat_idx)
10403                         break;
10404
10405         switch (i) {
10406         case PAT_WRITE_BACK:
10407                 mode = "WB";
10408                 break;
10409         case PAT_WRITE_THROUGH:
10410                 mode = "WT";
10411                 break;
10412         case PAT_UNCACHEABLE:
10413                 mode = "UC";
10414                 break;
10415         case PAT_UNCACHED:
10416                 mode = "U-";
10417                 break;
10418         case PAT_WRITE_PROTECTED:
10419                 mode = "WP";
10420                 break;
10421         case PAT_WRITE_COMBINING:
10422                 mode = "WC";
10423                 break;
10424         default:
10425                 printf("%s: unknown PAT mode %#x for range 0x%016lx-0x%016lx\n",
10426                     __func__, pat_idx, range->sva, eva);
10427                 mode = "??";
10428                 break;
10429         }
10430
10431         sbuf_printf(sb, "0x%016lx-0x%016lx r%c%c%c%c %s %d %d %d\n",
10432             range->sva, eva,
10433             (range->attrs & X86_PG_RW) != 0 ? 'w' : '-',
10434             (range->attrs & pg_nx) != 0 ? '-' : 'x',
10435             (range->attrs & X86_PG_U) != 0 ? 'u' : 's',
10436             (range->attrs & X86_PG_G) != 0 ? 'g' : '-',
10437             mode, range->pdpes, range->pdes, range->ptes);
10438
10439         /* Reset to sentinel value. */
10440         range->sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10441 }
10442
10443 /*
10444  * Determine whether the attributes specified by a page table entry match those
10445  * being tracked by the current range.  This is not quite as simple as a direct
10446  * flag comparison since some PAT modes have multiple representations.
10447  */
10448 static bool
10449 sysctl_kmaps_match(struct pmap_kernel_map_range *range, pt_entry_t attrs)
10450 {
10451         pt_entry_t diff, mask;
10452
10453         mask = X86_PG_G | X86_PG_RW | X86_PG_U | X86_PG_PDE_CACHE | pg_nx;
10454         diff = (range->attrs ^ attrs) & mask;
10455         if (diff == 0)
10456                 return (true);
10457         if ((diff & ~X86_PG_PDE_PAT) == 0 &&
10458             pmap_pat_index(kernel_pmap, range->attrs, true) ==
10459             pmap_pat_index(kernel_pmap, attrs, true))
10460                 return (true);
10461         return (false);
10462 }
10463
10464 static void
10465 sysctl_kmaps_reinit(struct pmap_kernel_map_range *range, vm_offset_t va,
10466     pt_entry_t attrs)
10467 {
10468
10469         memset(range, 0, sizeof(*range));
10470         range->sva = va;
10471         range->attrs = attrs;
10472 }
10473
10474 /*
10475  * Given a leaf PTE, derive the mapping's attributes.  If they do not match
10476  * those of the current run, dump the address range and its attributes, and
10477  * begin a new run.
10478  */
10479 static void
10480 sysctl_kmaps_check(struct sbuf *sb, struct pmap_kernel_map_range *range,
10481     vm_offset_t va, pml4_entry_t pml4e, pdp_entry_t pdpe, pd_entry_t pde,
10482     pt_entry_t pte)
10483 {
10484         pt_entry_t attrs;
10485
10486         attrs = pml4e & (X86_PG_RW | X86_PG_U | pg_nx);
10487
10488         attrs |= pdpe & pg_nx;
10489         attrs &= pg_nx | (pdpe & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10490         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10491                 attrs |= pdpe & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10492         } else if (pde != 0) {
10493                 attrs |= pde & pg_nx;
10494                 attrs &= pg_nx | (pde & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10495         }
10496         if ((pde & PG_PS) != 0) {
10497                 attrs |= pde & (X86_PG_G | X86_PG_PDE_CACHE);
10498         } else if (pte != 0) {
10499                 attrs |= pte & pg_nx;
10500                 attrs &= pg_nx | (pte & (X86_PG_RW | X86_PG_U));
10501                 attrs |= pte & (X86_PG_G | X86_PG_PTE_CACHE);
10502
10503                 /* Canonicalize by always using the PDE PAT bit. */
10504                 if ((attrs & X86_PG_PTE_PAT) != 0)
10505                         attrs ^= X86_PG_PDE_PAT | X86_PG_PTE_PAT;
10506         }
10507
10508         if (range->sva > va || !sysctl_kmaps_match(range, attrs)) {
10509                 sysctl_kmaps_dump(sb, range, va);
10510                 sysctl_kmaps_reinit(range, va, attrs);
10511         }
10512 }
10513
10514 static int
10515 sysctl_kmaps(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
10516 {
10517         struct pmap_kernel_map_range range;
10518         struct sbuf sbuf, *sb;
10519         pml4_entry_t pml4e;
10520         pdp_entry_t *pdp, pdpe;
10521         pd_entry_t *pd, pde;
10522         pt_entry_t *pt, pte;
10523         vm_offset_t sva;
10524         vm_paddr_t pa;
10525         int error, i, j, k, l;
10526
10527         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
10528         if (error != 0)
10529                 return (error);
10530         sb = &sbuf;
10531         sbuf_new_for_sysctl(sb, NULL, PAGE_SIZE, req);
10532
10533         /* Sentinel value. */
10534         range.sva = KVADDR(NPML4EPG - 1, NPDPEPG - 1, NPDEPG - 1, NPTEPG - 1);
10535
10536         /*
10537          * Iterate over the kernel page tables without holding the kernel pmap
10538          * lock.  Outside of the large map, kernel page table pages are never
10539          * freed, so at worst we will observe inconsistencies in the output.
10540          * Within the large map, ensure that PDP and PD page addresses are
10541          * valid before descending.
10542          */
10543         for (sva = 0, i = pmap_pml4e_index(sva); i < NPML4EPG; i++) {
10544                 switch (i) {
10545                 case PML4PML4I:
10546                         sbuf_printf(sb, "\nRecursive map:\n");
10547                         break;
10548                 case DMPML4I:
10549                         sbuf_printf(sb, "\nDirect map:\n");
10550                         break;
10551                 case KPML4BASE:
10552                         sbuf_printf(sb, "\nKernel map:\n");
10553                         break;
10554                 case LMSPML4I:
10555                         sbuf_printf(sb, "\nLarge map:\n");
10556                         break;
10557                 }
10558
10559                 /* Convert to canonical form. */
10560                 if (sva == 1ul << 47)
10561                         sva |= -1ul << 48;
10562
10563 restart:
10564                 pml4e = kernel_pmap->pm_pml4[i];
10565                 if ((pml4e & X86_PG_V) == 0) {
10566                         sva = rounddown2(sva, NBPML4);
10567                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10568                         sva += NBPML4;
10569                         continue;
10570                 }
10571                 pa = pml4e & PG_FRAME;
10572                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10573
10574                 for (j = pmap_pdpe_index(sva); j < NPDPEPG; j++) {
10575                         pdpe = pdp[j];
10576                         if ((pdpe & X86_PG_V) == 0) {
10577                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10578                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10579                                 sva += NBPDP;
10580                                 continue;
10581                         }
10582                         pa = pdpe & PG_FRAME;
10583                         if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10584                             vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10585                                 goto restart;
10586                         if ((pdpe & PG_PS) != 0) {
10587                                 sva = rounddown2(sva, NBPDP);
10588                                 sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva, pml4e, pdpe,
10589                                     0, 0);
10590                                 range.pdpes++;
10591                                 sva += NBPDP;
10592                                 continue;
10593                         }
10594                         pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10595
10596                         for (k = pmap_pde_index(sva); k < NPDEPG; k++) {
10597                                 pde = pd[k];
10598                                 if ((pde & X86_PG_V) == 0) {
10599                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10600                                         sysctl_kmaps_dump(sb, &range, sva);
10601                                         sva += NBPDR;
10602                                         continue;
10603                                 }
10604                                 pa = pde & PG_FRAME;
10605                                 if (PMAP_ADDRESS_IN_LARGEMAP(sva) &&
10606                                     vm_phys_paddr_to_vm_page(pa) == NULL)
10607                                         goto restart;
10608                                 if ((pde & PG_PS) != 0) {
10609                                         sva = rounddown2(sva, NBPDR);
10610                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10611                                             pml4e, pdpe, pde, 0);
10612                                         range.pdes++;
10613                                         sva += NBPDR;
10614                                         continue;
10615                                 }
10616                                 pt = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pa);
10617
10618                                 for (l = pmap_pte_index(sva); l < NPTEPG; l++,
10619                                     sva += PAGE_SIZE) {
10620                                         pte = pt[l];
10621                                         if ((pte & X86_PG_V) == 0) {
10622                                                 sysctl_kmaps_dump(sb, &range,
10623                                                     sva);
10624                                                 continue;
10625                                         }
10626                                         sysctl_kmaps_check(sb, &range, sva,
10627                                             pml4e, pdpe, pde, pte);
10628                                         range.ptes++;
10629                                 }
10630                         }
10631                 }
10632         }
10633
10634         error = sbuf_finish(sb);
10635         sbuf_delete(sb);
10636         return (error);
10637 }
10638 SYSCTL_OID(_vm_pmap, OID_AUTO, kernel_maps,
10639     CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE,
10640     NULL, 0, sysctl_kmaps, "A",
10641     "Dump kernel address layout");
10642
10643 #ifdef DDB
10644 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
10645 {
10646         pmap_t pmap;
10647         pml4_entry_t *pml4;
10648         pdp_entry_t *pdp;
10649         pd_entry_t *pde;
10650         pt_entry_t *pte, PG_V;
10651         vm_offset_t va;
10652
10653         if (!have_addr) {
10654                 db_printf("show pte addr\n");
10655                 return;
10656         }
10657         va = (vm_offset_t)addr;
10658
10659         if (kdb_thread != NULL)
10660                 pmap = vmspace_pmap(kdb_thread->td_proc->p_vmspace);
10661         else
10662                 pmap = PCPU_GET(curpmap);
10663
10664         PG_V = pmap_valid_bit(pmap);
10665         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
10666         db_printf("VA 0x%016lx pml4e 0x%016lx", va, *pml4);
10667         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
10668                 db_printf("\n");
10669                 return;
10670         }
10671         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
10672         db_printf(" pdpe 0x%016lx", *pdp);
10673         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
10674                 db_printf("\n");
10675                 return;
10676         }
10677         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
10678         db_printf(" pde 0x%016lx", *pde);
10679         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
10680                 db_printf("\n");
10681                 return;
10682         }
10683         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
10684         db_printf(" pte 0x%016lx\n", *pte);
10685 }
10686
10687 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
10688 {
10689         vm_paddr_t a;
10690
10691         if (have_addr) {
10692                 a = (vm_paddr_t)addr;
10693                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
10694         } else {
10695                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
10696         }
10697 }
10698 #endif